Наномедицина против рака

Что такое нанодоставка лекарств?
Для начала, что такое лекарство? Мы знаем, что различные химические соединения – как малые молекулы, так и биополимеры – могут оказывать воздействие на человеческий организм. Такая способность используется для создания лекарств, в том числе и тех, что используются при химиотерапевтическом лечении рака. Но при введении в организм этих молекул возникает масса проблем непосредственно с их доставкой к той точке, где они должны работать. Среди таких проблем высокая токсичность, низкая способность проникновения к клеткам, которые нужно убивать или лечить. Низкое проникновение, например, может быть связано с тем, что лекарство «распыляется», проникает неселективно в обычные ткани и выводится из организма. Другая причина – клетка-мишень может быть отделена барьером (например, гематоэнцефалический барьер, который отделяет наш головной мозг от кровеносной системы). Тогда лекарство просто не может пройти через этот барьер. Как решить эту проблему? Казалось бы, нужно просто изменить химическую структуру лекарства, чтобы сделать его более селективным и «научить» преодолевать клеточные барьеры. Однако сделать это оказалось практически невозможно, или очень сложно. Потому что, как только мы начинаем модифицировать структуру малой молекулы, заменять функциональные группы, меняется и ее биологическая активность, все ее лекарственные свойства.

Тогда было предложено изящное решение – нужно взять эту малую молекулу и соединить ее с неким полимером. Это могут быть полимерные мицеллы, липосомы, просто растворимые полимеры, к которым можно «пришить» (химически присоединить) нерастворимую лекарственную молекулу (так можно решить проблему растворимости лекарства). В результате такого включения лекарственной молекулы в «средство доставки» ее свойства могут драматически измениться – нерастворимая молекула становится растворимой, она не идет в «неправильные» клетки, она идет в «правильные» клетки и так далее.

Эта наука появилась в 80-е годы, работы по липосомальной нанодоставке были чуть раньше. Она потихоньку эволюционировала, двигалась в сторону понимания того, что полимерный носитель можно конструировать, чтобы он выполнял важные функции доставки лекарства. Эти системы доставки работают, как автомобиль, в который мы загружаем пассажира, привозим его туда, куда надо, и высаживаем в нужной точке. Оказалось, что эти полимерные системы очень маленькие: их размер от 10 до 100 нанометров (нм). Отсюда возник и термин наномедицина, нанотехнологии.

Мы сами, когда начинали заниматься этим, еще не знали, что это «нанотехнологии»: свою первую работу по полимерным мицеллам для доставки лекарств я назвал «Мицеллярный микроконтейнер».

А через 15 лет я изменил название, стал называть «мицеллярный наноконтейнер» – и все стали уже применять этот термин: он правильно отражает то, с чем мы работаем.

То же самое относится к доставке белков. Белки нестабильны – они часто не доходят до того места, где они должны функционировать, они не проникают через тот же самый гематоэнцефалический барьер, они не проникают в целевые клетки. И путем изменения не самой структуры белка, а его упаковки в такой «космический корабль» удается в ряде случаев решать проблему его эффективной доставки. То же самое относится к молекулам ДНК и другим биополимерам, которые мы хотим использовать в качестве лекарств.

Мы используем полимеры, которые содержат растворимые и нерастворимые части. Нерастворимые части самособиратся вокруг нерастворимого лекарства в так называемые мицеллы, а на поверхности остаются растворимые группы, которые обеспечивают растворимость всей частицы, так называемой полимерной мицеллы. Одна из работ, благодаря которым я стал известен, выполненная еще в 1989 году, заключалась в том, что мы стали использовать такие полимерные мицеллы, чтобы доставлять лекарства.

Лекарства часто бывают нерастворимыми, тогда они включаются в эту полимерную мицеллу, как в маленький контейнер.

У этой мицеллы есть четко выраженное ядро и внешняя оболочка. В ядре располагается лекарство – оно спрятано от окружающей среды до тех пор, пока мицелла не рассыплется и не выделит лекарство. Оболочка играет роль маскирующего барьера, который не дает лекарству раньше времени взаимодействовать с организмом и обеспечивает необходимые для доставки свойства, например растворимость. Мицелла несколько похожа на орех с оболочкой и ядром, размер которого 20–30 нм. Это позволяет таким частицам эффективно проникать в клетки, а уже внутри они рассыпаются.