КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 16-13-00041

НазваниеБиокерамические материалы пролонгированного действия для профилактики и терапии атеротромбоза

РуководительВиноградов Владимир Валентинович, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО", г Санкт-Петербург

Период выполнения при поддержке РНФ 2019 г. - 2020 г. 

Конкурс Конкурс на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами Российского научного фонда по приоритетному направлению деятельности Российского научного фонда «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований по приоритетным тематическим направлениям исследований» (11).

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-405 - Наноструктуры и кластеры. Супрамолекулярная химия. Коллоидные системы.

Ключевые словаатеротромбоз, золь-гель синтез, терапия, магнитоуправление, стабильность, фермент

Код ГРНТИ31.15.37

СтатусУспешно завершен

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Как видно из описанных результатов проекта за 2016-2018 гг, концепция гибридных органо-неорганических тромболитических материалов оказалась жизнеспособной и показала принципиальную возможность создания наноразмерных биоактивных систем методами мягкой химии. В последние годы наблюдается возрастающий интерес мирового научного сообщества к разработке наноразмерных тромболитических материалов. Анализ литературы показывает, что за период с 2008 года количество ежегодно публикуемых научных работ по данной тематике выросло в 3 раза, однако, их количество по-прежнему остается относительно небольшим и составлявляет примерно 1000 работ за 2018 год. Для сравнения, противораковым нанопрепаратам в 2018 году было посвящено свыше 17000 работ. Данный факт позволяет эффективно конкурировать разрабатываемому проекту за лидерство на мировой арене и закладывать фундамент для дальнейших исследований в данной области. Основной фокус проекта будет направлен на поиск детальных механизмов действия разработанного нами ранее в рамках гранта препаратов на основе магнитных частиц, в особенности полученных с использованием урокиназой и гепарина в качестве кросслинкера. В ходе работы мы установили, что эффективность данной композиции превышает таковую для чистой урокиназы, при этом было обнаружено отсутствие ингибирующего действия гепарина на урокиназу. Однако детальные механизмы работы препарата изучены нами не были. Данная задача представляется важной по нескольким причинам. Обычно, эффективность разрабатываемых систем доставки тромболитиков и их эффективность лишь незначительно превышает таковую для исходного препарата, это повышение не превышает двухкратного. В нашем же случае был открыт уникальный феномен, установление детальных механик которого могло бы пролить свет на взаимодействие неорганических частиц с тромбами и ход его лизиса. Возможное открытие может дать толчок к развитию иных систем доставки тромболитиков или других способов механоассистируемого тромболизиса. Поскольку описанное нами повышение тромболитической эффективности в десятки раз описано впервые, то установление детальных механизмов действия является неоспоримо новым исследованием.

Ожидаемые результаты
Проект будет посвящен установлению механизма действия разработанного нами ранее препарата на микроскопическом уровне. Для in vitro исследований будет применено две установки по оценке эффективности тромболизиса в микропроточной камере с использованием флуоресцентно меченого фибрина и тромбоцитов, и в статичной системе с численной оценкой скорости тромболизиса. Также будет проведено исследование возможности модификации полученных ранее материалов для улучшения показателей тромболизиса. Дополнительно будут проведены эксперименты с магнитонацеливанием, включающим как создание установки по фокусированию магнитного поля, так и проведение исследований пораженных участков после проведения манипуляций. Для управления магнитными частицами будет создана установка, обеспечивающая фокусировку магнитного поля на заданной глубине внутри организма и возможность менять силу поля. На протяжении реализации проекта планируется опубликование не менее 8 статей в высокорейтинговых журналах мирового уровня из Q1 (расшифровка: 1 статья уровня Nature Communications, Advanced Materials; 3-4 статьи уровня Applied Materials and Interfaces, Nanoscale, Biomaterials; 3-4 статьи уровня J Mater Chem B, RSC Advances, Journal of Sol-Gel Science and Technology).

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
1) Были изучены системы доставки тромболитического фермента урокиназы с помощью магнитных наночастиц и промежуточных кросслинкеров, обладающих антикоагулянтной активностью. Было установлено, что полиакриловая кислота и полистриролсульфонат могут быть использованы в качестве антикоагулянтов в системах антитромботических препаратов, однако последний негативным образом влияет на адсорбированные на него белки, полностью ингибируя их активность. При сравнении пары гепарин и эноксапарин было установлено, что гепарин хоть и проявляет меньшую антикоагулянтную активность, но тромболитическая активность итогового конъюгата выше в начальный период лизиса тромба. При этом все конъюгаты обладали протромбогенной активностью за исключением образца с эноксапарином. С учетом постоянно растущего интереса к новым типам тромболитиков, обнаруженные нами феномены могут помочь в разработке перспективных препаратов на основе наночастиц. 2) Изучение физического взаимодействия наночастиц и тромбов при описании процессов тромболизиса обычно не раскрывается. При этом сами по себе они могут определять эффективность применяемых наноформуляций. В частности нами было показано, что в условиях in vitro как наночастицы магнетита, так и карбоната кальция могут успешно пенетрировать внутрь фибриновых сгустков, и осуществлять процесс массопереноса активатора плазминогена, сопряженный с изменением характера лизиса тромбов. Это изменение под действием магнитного поля наиболее заметно в начальный период тромболизиса, и меняет характер лизиса с линейного на экспоненциальный. Сила изученных и использованных полей была незначительна по сравнению с существующими сейчас техническими возможностями, что позволяет надеятся на хорошие результаты при переходе от модельных тромбов к нативным при дальнейшей реализации проекта.

 

Публикации

1. Прилепский А.Ю., Щекина А.Н., Виноградов В.В. Magnetically controlled protein nanocontainers as a drug depot for the hemostatic agent Nanotechnology, Science and Applications, - (год публикации - 2019) https://doi.org/10.2147/NSA.S204621

2. Серов Н.С., Прилепский А.Ю., Соколов А.В., Виноградов В.В. Synthesis of Plasmin‐Loaded Fe3O4@CaCO3 Nanoparticles: Towards Next‐Generation Thrombolytic Drugs ChemNanoMat, - (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1002/cnma.201900359

3. Духинова М.С., Прилепский А.Ю., Штиль А.А.,Виноградов В.В. Metal Oxide Nanoparticles in Therapeutic Regulation of Macrophage Functions Nanomaterials, - (год публикации - 2019) https://doi.org/10.3390/nano9111631

4. Нужина Ю.В., Штиль А.А., Прилепский А.Ю., Виноградов В.В. Preclinical Evaluation and Clinical Translation of Magnetite-Based Nanomedicines Journal of Drug Delivery Science and Technology, - (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1016/j.jddst.2019.101282

5. Дроздов А.С., Фахардо А.Ф., Виноградов В.В. Sol-gel composites based on alumina and ferria for cardiovascular diseases treatment Biocompatible Hybrid Oxide Nanoparticles for Human Health, Elsevier, Amsterdam, - (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1016/B978-0-12-815875-3.00009-6

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Ишемическая болезнь сердца и инсульт, несомненно, являются самыми опасными заболеваниями, особенно в странах с доходом выше среднего. В течение последних десятилетий были предприняты многочисленные попытки снизить общий уровень смертности и серьезных осложнений, вызванных задержками в лечении. История развития тромболитических препаратов насчитывает почти вековую историю. Пройдя путь от общих тромболитиков к специфическим активаторам плазминогена, был достигнут значительный прогресс в разработке магнито-контролируемых тромболитиков, некоторые из которых дошли до стадии клинических испытаний. В то же время, появление тромболитических магнитных актуаторов, способных не только локально доставлять тромболитик в зону окклюзии, но и совершать механическое вращение под действием переменного магнитного поля, можно рассматривать как рубеж этого научного направления. В своей работе мы провели систематическое исследование тромболизиса опосредованного магнитным полем с акцентом на: 1) сравнение эффективности магнитных актуаторов различных форм (0D, 1D, 2D и 3D), синтезированных по разработанным нами методам и основанных на клинически используемом магнетите; 2) объяснение детального механизма механического разрушения тромба под действием актуаторов; 3) демонстрация способности растворять даже устойчивые к тромболитикам венозные тромбы, тем самым раскрывая возможность терапии тромбоза глубоких вен (ТГВ). При использовании актуаторов определенной формы мы наблюдали существенную разницу между поведением самого тромболитика и профилем, опосредованным частицами в виде вытянутых цепей в комбинации с активатором плазминогена. Чистый активатор плазминогена практически не влиял на структуру тромба. Наблюдались лишь небольшие колебания площади сгустка, вызванные гемолизом эритроцитов. Общее уменьшение площади тромба через 30 минут составила не более 5%. Напротив, мы обнаружили значительное сокращение площади сгустка на 60% при применении магнитных актуаторов. Мы полагаем, что проведенное нами исследование может послужить точкой зарождения дальнейших исследований в этой области и, в конечном итоге, приведет к практической реализации технологии тромболизиса, опосредованной магнитным полем.

 

Публикации

1. Дроздов А.С., Прилепский А.Ю., Кольцова Е.М., Анастасова Е.Я., Виноградов В.В. Magnetic polyelectrolyte-based composites with dual anticoagulant and thrombolytic properties: towards optimal composition Journal of Sol-Gel Science and Technology, 95, 771-782 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1007/s10971-020-05313-z

2. Захаржевский М.А., Дроздов А.С., Колчанов Д.С., Шкоденко Л.А., Виноградов В.В. Test-System for Bacteria Sensing Based on Peroxidase-Like Activity of Inkjet-Printed Magnetite Nanoparticles Nanomaterials, 10(2), 313 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.3390/nano10020313

3. Кладько Д.В., Захаржевский М.А., Виноградов В.В. Magnetic Field-Mediated Control of Whole-Cell Biocatalysis The Journal of Physical Chemistry Letters, 11, 8989-8996 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.0c02564

4. Криштоп В.В., Миронов В.А., Прилепский А.Ю., Никонорова В.Г, Виноградов В.В. Organ-specific toxicity of magnetic iron oxide-based nanoparticles Nanotoxicology, - (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1080/17435390.2020.1842934

5. Прилепский А.Ю., Серов Н.С., Кладько Д.В., Виноградов В.В. Nanoparticle-Based Approaches towards the Treatment of Atherosclerosis Pharmaceutics, 12 (11), 1056 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.3390/pharmaceutics12111056

6. - Ученые ИТМО нашли способ контролировать клеточный биокатализ с помощью магнитных полей ИТМО, - (год публикации - )

Возможность практического использования результатов
На сегодняшний день полученные в ходе выполнения проекта результаты имеют интерес со стороны различных фармацевтических компаний. Ключевой проблемой технологии является отсутствие сертифицированный медицинских установок по локальному наведению магнитных полей. Для решения данной проблемы формируется международный консорциум между Россией и Германией. Дальнейшее развитие проекта также предполагает фокусировку на технологиях по терапии венозных тромбозов при помощи актуаторов. По этому вопросу идут живые дискуссии с представителями практического здравоохранения.