Международный научный коллектив ученых МГУ имени М.В. Ломоносова, НИТУ «МИСиС», Университета Северной Каролины (США) и Тамбовского государственного университета им. Г.Р. Державина разработал инновационный терапевтический комплекс на основе полимерных наночастиц фермента-антиоксиданта супероксиддисмутазы.
Активностью таких частиц можно «управлять» с помощью однородного низкочастотного переменного магнитного поля, усиливая терапевтический эффект, в случае необходимости. Технология может применяться для эффективной реабилитации пациентов после острых травм спинного мозга, инсультов и инфарктов и других патологий, сопровождающихся воспалительными процессами. Результаты опубликованы в международном научном журнале Scientific Reports.
Исследователи создали уникальную частицу с молекулой фермента — супероксиддисмутазы (SOD1) внутри полимерной «шубы» и магнетитом в качестве «центра управления». Она имеет размер примерно в 100 нанометров в диаметре и способна захватывать внутрь свободные радикалы и нейтрализовать их по принципу «многоразовой ловушки». В своей работе разработчики впервые продемонстрировали , что наночастицы магнетита в составе капсулы обеспечивают возможность удаленной и контролируемой активации полиинного комплекса SOD1.
При травмах позвоночника и инсультах помимо непосредственного поражения нервных волокон опасны и вторичные процессы, связанные с начальным повреждением, — перепроизводство свободных радикалов (активных форм кислорода) и развивающееся воспаление.
При ударе, в случае с травмой позвоночника, или разрыве сосуда в случае инсульта (прекращение тока крови при спазме артерий или их закупорке при инфаркте) в ближайших к органу тканях возникает гипоксия — патологический процесс, связанный с нехваткой кислорода. Это блокирует конечное звено дыхательной цепи в клетках и является причиной образования избыточного количества свободных радикалов. Они, в свою очередь, оказывают разрушительное влияние на клеточные мембраны и запускают цепь реакций, ведущих к повреждениям и смерти клеток и тканей. Эти осложнения приводят к дополнительному повреждению спинного мозга и смерти нейронов, усугубляя клиническую картину.
«Одним из возможных решений проблемы патологического образования свободных радикалов в случае острой травмы позвоночника или инсульта, а также других патологий, сопровождающихся воспалением, может стать доставка в очаг повреждения терапевтического лекарственного комплекса на основе синтезированных магнитных наночастиц, содержащего естественный поглотитель свободных радикалов — фермент-антиоксидант супероксиддисмутазу (SOD1), — рассказала профессор химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, зам. руководителя лаборатории «Химический дизайн бионаноматериалов», д.х.н. Наталья Клячко.
Оперативная доставка такого вещества к поврежденному органу может смягчить окислительный стресс на фоне избытка свободных радикалов и купировать процесс разрушения тканей. Однако значительной проблемой является неустойчивость фермента SOD1 в кровотоке при внутривенном введении пациенту: он быстро разрушается, не успевая провести свою «работу» по нейтрализации свободных радикалов.
«Чтобы создать устойчивый терапевтический комплекс на основе SOD1, мы разработали каталитически активные наноформы супероксиддисмутазы, так называемые «нанозимы», и модифицировали их наночастицами магнетита, — поясняет один из авторов разработки, заведующий лабораторией «Биомедицинские наноматериалы» НИТУ «МИСиС», к.х.н Максим Абакумов. Магнетит в составе такого многослойного полиионного комплекса SOD1 дает возможность, с помощью воздействия низкочастотного переменного магнитного поля, «управлять» высвобождением фермента в области травмы.
В настоящее время коллектив готовится к началу доклинического этапа разработки.
