Самоорганизующиеся полимерные системы адресной доставки цитостатиков и миРНК для комбинированной терапии рака

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 проекта 21-73-20104

НазваниеСамоорганизующиеся полимерные системы адресной доставки цитостатиков и миРНК для комбинированной терапии рака

Руководитель Коржикова-Влах Евгения Георгиевна, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение "Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" , г Санкт-Петербург

Конкурс №51 - Конкурс 2021 года по мероприятию «Проведение исследований на базе существующей научной инфраструктуры мирового уровня» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-301 - Синтез и химические превращения макромолекул

Ключевые слова Системы доставки лекарств, полимерные носители, наночастицы, цитостатики, миРНК, адресная доставка, комбинированная терапия рака

Код ГРНТИ34.57.21

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
К настоящему времени известен ряд противоопухолевых препаратов – цитостатиков, проявляющих высокую токсичность по отношению к раковым клеткам. Применение подобных препаратов часто осложняется низкой специфичностью, возникновением множественной лекарственной устойчивости, сложностью применения из-за низкой растворимости в воде, короткого периода полувыведения. В последнее время активно развивается подход, основанный на использовании малых интерферирующих РНК (миРНК), способных после попадания в клетку взаимодействовать с матричной РНК целевого гена и выключать синтез определённого белка. Как и в случае цитостатиков, существенной проблемой применения миРНК является адресная доставка к раковым клеткам и проникновение в них. Сочетание в одной терапевтической конструкции миРНК и цитостатического препарата (паклитаксел/доцетаксел, иринотекан, и др.), а также векторных антител/пептидов позволит усилить их действие за счёт синергетического эффекта вследствие воздействия на различные факторы развития опухоли и уменьшить побочные эффекты благодаря адресной доставке. Однако большинство хорошо известных полимерных систем не пригодно для одновременного эффективного связывания и высвобождения заряженных и гидрофобных молекул. Научная новизна проекта заключается в создании и комплексном изучении физико-химических и биологических свойств полимерных систем, предназначенных для адресной доставки заряженных молекул миРНК и гидрофобных цитостатиков в комбинированной терапии онкологических заболеваний. В рамках данного проекта планируется синтезировать ряд ранее не описанных в литературе биоподобных амфифильных сополимеров, содержащих биодеградируемую или небиодеградируемую основную цепь, заряженные и гидрофобные аминокислоты в основной и/или боковой цепи, а также звенья сахаров в боковой цепи. Синтез сополимеров будет проводиться с использованием методов контролируемой радикальной полимеризации и полимеризации с раскрытием цикла. Полученные сополимеры будут характеризоваться различным гидрофобно-гидрофильным балансом и длиной блоков, а также иметь различные кислотно-основные свойства, реакционную способность и биофункциональность. Связывание миРНК будет достигаться за счёт взаимодействия с полиаминными фрагментами, регулируя длину которых можно добиваться необходимой прочности комплексов миРНК-полимер. Наличие в полимерах гидрофобных фрагментов позволит нековалентно связать гидрофобные цитостатические вещества, а в случае иринотекана планируется также ковалентная иммобилизация препарата через гидролизуемые клеточными ферментами связи. Изучение закономерностей включения лекарств различной природы в полученные полимерные системы, а также скорости и механизма высвобождения лекарств в различных средах, позволит установить влияние состава сополимера и морфологии наночастиц на указанные процессы. Адресная доставка будет достигаться за счет модификации полимерных систем специфическими антителами или векторными пептидами. Биологические свойства полученных систем будут изучены на нескольких культурах клеток и для выбранных систем-лидеров – в экспериментах in vivo. Поставленная цель безусловно является актуальной, а предложенные подходы ее достижения соответствуют мировому уровню в области биополимерных систем, фармацевтической химии и исследования биологических свойств. Решение поставленных в проекте задач позволит получить прототипы лекарственных форм с повышенной биодоступностью, сниженной токсичностью и повышенной эффективностью вследствие направленной доставки и комбинированного действия. Полученные результаты могут быть использованы в дальнейшем при создании других мультилекарственных систем для терапии заболеваний сложного генеза.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Левит М., Вдовченко А., Джужа А., Зашихина Н., Катернюк Е., Гостев А., Сивцов Е., Лаврентьева А., Тенникова Т., Коржикова-Влах Е. Self-Assembled Nanoparticles Based on Block-Copolymers of Poly(2-Deoxy-2-methacrylamido-D-glucose)/Poly(N-Vinyl Succinamic Acid) with Poly(O-Cholesteryl Methacrylate) for Delivery of Hydrophobic Drugs International Journal of Molecular Sciences, V. 22, I. 21, P. 11457. (год публикации - 2021)
10.3390/ijms222111457

2. Левит М.Л., Зашихина Н.Н., Джужа А.Ю., Катернюк Е.В., Гостев А.И., Сивцов Е.В., Тенникова Т.Б., Коржикова-Влах Е.Г. СИСТЕМЫ ДОСТАВКИ ПАКЛИТАКСЕЛА НА ОСНОВЕ НОВЫХ БИОСОВМЕСТИМЫХ АМФИФИЛЬНЫХ БЛОК-СОПОЛИМЕРОВ Сборник тезисов Первой всероссийской школы для молодых ученых по медицинской химии MEDCHEM-SCHOOL 2021 (4-9 июля 2021, Новосибирск, Россия), С. 161 (год публикации - 2021)

3. Джужа А.Ю., Коржикова-Влах Е.Г. AMPHIPHILIC GLYCOPOLYPEPTIDES AS POTENTIAL DRUG/GENE DELIVERY SYSTEMS Book of Abstracts of XII International Conference on Chemistry for Young Scientists "Mendeleev 2021" (6-10 сентября 2021, Санкт-Петербург, Россия), C. 712 (год публикации - 2021)

4. Катернюк Е.В., Джужа А.Ю., Зашихина Н.Н., Левит М.Л., Коржикова-Влах Е.Г. СИСТЕМЫ ДОСТАВКИ ПАКЛИТАКСЕЛА НА ОСНОВЕ АМФИФИЛЬНЫХ СОПОЛИМЕРОВ Сборник тезисов VII Междисциплинарной конференции «Молекулярные и Биологические аспекты Химии, Фармацевтики и Фармакологии» (12-14 октября 2021, Москва, Россия), С. 27. (год публикации - 2021)

5. Коровкина О., Поляков Д., Коржиков-Влах В., Коржикова-Влах Е. Stimuli-Responsive Polypeptide Nanoparticles for Enhanced DNA Delivery Molecules, 27(23), 8495 (год публикации - 2022)
10.3390/molecules27238495

6. Синицына Е., Багаева И., Гандалипов Э., Федотова Е., Коржиков-Влах В., Тенникова Т., Коржикова-Влах Е. Nanomedicines Bearing an Alkylating Cytostatic Drug from the Group of 1,3,5-Triazine Derivatives: Development and Characterization Pharmaceutics, 14(11), 2506 (год публикации - 2022)
10.3390/pharmaceutics14112506

7. Джужа А.Ю., Зашихина Н.Н., Левит М.Л., Тарасенко И.И., Коржикова-Влах Е.Г. Нано- и субмикронные частицы на основе самоорганизующихся сополимеров в качестве систем доставки цитостатиков Сборник тезисов 5-ой Российской конференции по медицинской химии с международным участием "MedChem-Russia 2021", Т. 1, С. 206 (год публикации - 2022)
10.19163/MedChemRussia2021-2021-206

8. Левит М.Л., Зашихина Н.Н., Гостев А.И., Сивцов Е.В., Коржикова-Влах Е.Г. Биоподобные наноконтейнеры на основе холестеринсодержащих сополимеров для создания систем доставки лекарств Сборник тезисов 16-ой Санкт-Петербургской конференции молодых ученых с международным участием "Современные проблемы науки о полимерах", С. 244 (год публикации - 2022)

9. Багаева И.О., Гандаллипов Э.Р., Синицына Е.С., Тенникова Т.Б., Коржикова-Влах Е.Г. Полимерные наночастицы на основе алифатических сложных полиэфиров для доставки цитостатиков Сборник тезисов 16-ой Санкт-Петербургской конференции молодых ученых с международным участием "Современные проблемы науки о полимерах", С. 208 (год публикации - 2022)

10. Джужа А.Ю., Катернюк Е.В., Коржикова-Влах Е.Г. Амфифильные сополимеры α-аминокислот для комбинированной доставки паклитаксела и миРНК Сборник тезисов 16-ой Санкт-Петербургской конференции молодых ученых с международным участием "Современные проблемы науки о полимерах", С. 219 (год публикации - 2022)

11. Джужа А.Ю., Тарасенко И.И., Атаназе Л.И., Лаврентьева А., Коржикова-Влах Е.Г. Amphiphilic Polypeptides Obtained by the Post-Polymerization Modification of Poly(Glutamic Acid) and Their Evaluation as Delivery Systems for Hydrophobic Drugs International Journal of Molecular Sciences, 24, 1049 (год публикации - 2023)
10.3390/ijms24021049

12. Джужа А., Гандалипов Э., Коржиков-Влах В., Катернюк Е., Захарова Н., Силонов С., Тенникова Т., Коржикова-Влах Е. Amphiphilic Polypeptides Obtained by Post-Polymerization Modification of Poly-L-Lysine as Systems for Combined Delivery of Paclitaxel and siRNA Pharmaceutics, 15,1308 (год публикации - 2023)
10.3390/pharmaceutics15041308

13. Сахабеев Р.Г., Поляков Д.С., Синицына Е.С., Коржикова-Влах Е.Г., Коржиков-Влах В.А., Шавловский М.М. Immune Response to the Introduction of Fibrillogenic β2-Microglobulin Protein Conjugated with Different Types of Polymer Particles Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology, 59 (2), 504–512 (год публикации - 2023)
10.1134/S0022093023020175

14. Зашихина Н., Гандалипов Е., Джужа А., Коржиков-Влах В., Коржикова-Влах Е.Г. Dual Drug Loaded Polypeptide Delivery Systems for Cancer Therapy Journal of Microencapsulation, 40(8), 630-648 (год публикации - 2023)
10.1080/02652048.2023.2270064

15. Коржиков-Влах В.А., Аликпарова А.Р., Казак М.А., Тенникова Т.Б., Коржикова-Влах Е.Г. "Мягкие" наночастицы для доставки нуклеиновых кислот и малых молекул Сборник тезисов докладов Восьмой Междисциплинарной конференции «Молекулярные и Биологические аспекты Химии, Фармацевтики и Фармакологии», 24-27 апреля 2023, Санкт-Петербург, Россия, С. 59 (год публикации - 2023)

16. Левит М.Л., Гостев А.И., Сивцов Е.В., Зашихина Н.Н., Коржикова-Влах Е.Г. Наночастицы-биомиметики на основе холестеринсодержащих сополимеров для создания систем доставки лекарственных веществ Сборник тезисов докладов Восьмой Междисциплинарной конференции «Молекулярные и Биологические аспекты Химии, Фармацевтики и Фармакологии», 24-27 апреля 2023, Санкт-Петербург, Россия, С.72 (год публикации - 2023)

17. Синицына Е.С., Багаева И.О., Гандалипов Э.Р., Тенникова Т.Б., Коржикова-Влах Е.Г. Наночастицы на основе блок-сополимеров поли(этиленгликоля) со сложными алифатическими полиэфирами для доставки амфифильного цитостатика Сборник тезисов докладов Восьмой Междисциплинарной конференции «Молекулярные и Биологические аспекты Химии, Фармацевтики и Фармакологии», 24-27 апреля 2023, Санкт-Петербург, Россия, С. 124 (год публикации - 2023)

18. Джужа А.Ю., Коржикова-Влах Е.Г. Амфифильные гликополипептиды на основе поли(глутаминовой кислоты) как системы доставки лекарственных веществ Сборник тезисов докладов Восьмой Междисциплинарной конференции «Молекулярные и Биологические аспекты Химии, Фармацевтики и Фармакологии», 24-27 апреля 2023, Санкт-Петербург, Россия, С. 190 (год публикации - 2023)

19. Коржикова-Влах Е.Г. Нанотехнологии в медицине: системы доставки малых молекул Сборник тезисов Всероссийской конференции с международным участием «Идеи и наследие А.Е. Фаворского в органической химии», 3-6 июля 2023, Санкт-Петербург, Россия, С. 113 (год публикации - 2023)

20. Багаева И.О., Синицына Е.С., Тенникова Т.Б., Коржикова-Влах Е.Г. Синтез амфифильного триблок-сополимера с катионным фрагментом для доставки генетических конструкций и гидрофобных лекарств Сборник тезисов докладов Всероссийской конференции с международным участием «Современные проблемы науки о полимерах», 13-17 ноября 2023, Санкт-Петербург, Россия, 3-O-38 (год публикации - 2023)

21. Сахабеев Р. Г., Поляков Д.С., Грудинина Н.А., Антимонова О.И., Коржиков-Влах В.А., Аликпарова Э.Р., Синицына Е.С., Шавловский М.М. Phagocytosis by Immune Cells of Protein-Modified Polymer Microparticles Cell and Tissue Biology, 17 (6), 675–681. (год публикации - 2023)
10.1134/S1990519X23060123

22. Джужа А.Ю., Гандалипов Э.Р., Коржиков-Влах В.А., Зашихина Н.Н., Коржикова-Влах Е.Г. Полимерные системы комбинированной доставки лекарств для противоопухолевой терапии Сборник тезисов докладов Восьмой Междисциплинарной конференции «Молекулярные и Биологические аспекты Химии, Фармацевтики и Фармакологии», 24-27 апреля 2023, Санкт-Петербург, Россия, С. 60 (год публикации - 2023)

23. Джужа А.Ю., Коржикова-Влах Е.Г. Системы комбинированной доставки лекарственных веществ на основе амфифильных полиаминокислот Сборник тезисов докладов Всероссийской конференции с международным участием «Современные проблемы науки о полимерах», 13-17 ноября 2023, Санкт-Петербург, Россия, 3-O-31 (год публикации - 2023)

24. Джужа А.Ю., Левит М.Л., Коржикова-Влах Е.Г. Dual-drug delivery systems based on polypeptides of different architecture Book of Abstracts of XIII International Conference on Chemistry for Young Scientists “MENDELEEV 2024”, September 2-6, 2024, St. Petersburg, Russia, P. 192 (год публикации - 2024)

25. Сахабеев Р.Г., Поляков Д.С., Синицына Е.С., Коржиков-Влах В.А., Багаева И.О., Коржикова-Влах Е.Г. , Сесь Т.П., Терешина В.С., Шавловский М.М. Features of the Humoral Immune Response When Using Protein Immobilized on the Surface of Nano- and Microparticles Based on Poly(Lactic Acid) Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology , V. 60, No. 2, P. 466–475 (год публикации - 2024)
10.1134/S0022093024020030

26. Левит М.Л., Сивцов Е.В., Синицына Е.С., Багаева И.О., Добродумов А.В., Николаева А.Л., Захарова Н.В., Гостев А.И., Силонов С.А., Гофман И.В., Коржикова-Влах Е.Г. Spontaneous gradient copolymers of N-vinylsuccinimide/N-vinylsuccinamic acid with O-cholesteryl (meth)acrylate via RAFT polymerization as potential drug delivery systems European Polymer Journal, V. 222, P. 113586 (год публикации - 2025)
10.1016/j.eurpolymj.2024.113586

27. Джужа А.Ю., Коржикова-Влах Е.Г. Амфифильные полиаминокислоты как системы доставки лекарств различной природы Book of Abstracts of X International Symposium “Design and Synthesis of Supramolecular Architectures”, April 15-19, 2024, Kazan, Russia, C. 51 (год публикации - 2024)

28. Коржикова-Влах Е., Левит М., Джужа А., Синицына Е. Nanoparticles based on bio-Inspired amphiphilic copolymers as potential drug delivery systems Book of Abstrcats of The 5th Virtual European Polymer Conference, June 04-06, 2024, P. 11 (год публикации - 2024)

29. Коржикова-Влах Е.Г., Джужа А.Ю., Левит М.Л. Наночастицы на основе амфифильных полипептидов различного строения в качестве потенциальных систем доставки лекарств Сборник тезисов Девятой всероссийская Каргинская конференция «Полимеры – 2024», 1-3 июля, 2024 , Москва, Россия, С. 76 (год публикации - 2024)

30. Багаева И.О., Синицына Е.С., Тенникова Т.Б., Коржикова-Влах Е.Г. Nanoparticles based on amphiphilic copolymers for combination drug delivery Book of Abstracts of XIII International Conference on Chemistry for Young Scientists “MENDELEEV 2024”, September 2-6, 2024, St. Petersburg, Russia, P. 173 (год публикации - 2024)

31. Коржикова-Влах Е.Г., Зашихина Н.Н., Стулова Е.Г., Джужа А.Ю., Коржиков-Влах В.А. Effect of L- or D,L-leucine content on self-assembly and properties of its amphiphilic copolymers with L-lysine Mendeleev Communications , V. 34, P. 365-368. (год публикации - 2024)
10.1016/j.mencom.2024.04.017

32. Джужа А.Ю., Левит М.Л., Захарова Н.В., Добродумов А.В., Коржикова-Влах Е.Г. Наночастицы на основе биоподобных полимеров для доставки лекарств Сборник тезисов Девятой всероссийская Каргинская конференция «Полимеры – 2024», 1-3 июля, 2024 , Москва, Россия, С. 21 (год публикации - 2024)

33. Гладнев С.В., Левит М.Л., Тенникова Т.Б., Коржикова-Влах Е.Г. Glycopolymer-graft-polypeptide copolymers as potential carriers for nucleic acids Mendeleev Communications (год публикации - 2025)

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Применение систем доставки лекарств представляет собой один из ключевых подходов, направленных на повышение эффективности противоопухолевой терапии за счет улучшения биодоступности лекарства и снижения системной токсичности. Данный проект направлен на разработку новых полимерных систем доставки лекарств для комбинированной терапии онкологических заболеваний. На этапе 2024 года разработаны три стратегии синтеза блок-сополимеров на основе монометилового эфира полиэтиленгликоля (мПЭГ), поли(ε-капролактона) (ПКЛ) и поли(L-лизина) (ПЛиз) с различной последовательность блоков и молекулярной массой. На основании оценки выходов продуктов и трудоемкости синтетических методик выбран наиболее перспективный путь с точки зрения масштабирования синтеза. С использованием различных методов получения наночастиц были оптимизированы методы формирования наночастиц на основе сополимеров мПЭГ-б-ПКЛ-б-ПЛиз, а также серии привитых сополимеров, содержащих гликополимер (ПМАГ) в основной цепи и ПЛиз в боковых цепях (ПМАГ-г-ПЛиз), а также ПЛиз дополнительно модифицированный фенилаланином и аргинином, или тирозином и аргинином (П(МАГ-со-АЕМА)-г-ПЛиз(Фен/Тир,Арг)). Исследование размера наночастиц показало формирование наносистем с гидродинамическим диаметром 75-105 нм в случае мПЭГ-б-ПКЛ-б-ПЛиз, и 220-300 нм для сополимеров гликополимер-г-полипептид. Все пустые наночастицы характеризовались положительным дзета-потенциалом поверхности и были стабильны при хранении в воде и физиологическом растворе в течение как минимум 2-х недель. На основе полимерных систем, синтезированных на этапах 2023 и 2024 гг, получена серия однокомпонентных наноформ, содержащих или цитостатическую субстанцию (диоксадэт или паклитаксел), или модельную миРНК. В частности, оптимизировано инкапсулирование диоксадэта в наночастицы на основе сополимера мПЭГ-б-ПКЛ-б-ПЛиз. Показано, что порядок блоков в сополимере не влиял на параметры формируемых частиц при загрузке цитостатического лекарства. Инкапсулирование паклитаксела в рыхлые частицы гликополимер-г-амфифильный полипептид приводило к их компактизации. На основе сополимеров мПЭГ-б-ПКЛ-б-ПЛиз и привитых сополимеров на основе ПМАГ и ПЛиз получена и охарактеризована серия систем доставки миРНК. Установлены оптимальные для каждого сополимера соотношения сополимер/миРНК. В оптимальных условиях формировались компактные полиплексы (120-160 нм). Модельная миРНК эффективно вытеснялась из комплексов при концентрации гепарина (конкурентного полианиона) 10-40 МЕ, в зависимости от сополимера. Кроме того, получены комбинированные системы доставки цитостатической и генотерапевтической субстанций. В частности, оптимизированы условия получения наноформ на основе мПЭГ-б-ПКЛ-б-ПЛиз, содержащих диоксадэт и миРНК. Полученные системы демонстрировали компактный размер (70-80 нм) и более узкое распределение по размерам по сравнению с пустыми наночастицами и однокомпонентными системами. Увеличение количества инкапсулированного цитостатика способствовало более эффективному соинкапсулированию миРНК, при этом не оказывая влияние на эффективность удерживания модельной миРНК полимерным носителем. Аналогичные тенденции также наблюдались при соинкапсулировании паклитаксела и модельной миРНК в частицы на основе сополимера лизина, глутаминовой кислоты и фенилаланина, часть звеньев лизина в котором была дополнительно модифицирована гистидином. Все полученные системы продемонстрировали коллоидную стабильность в течение 2-х недель в условиях хранения и при этом высвобождения компонентов из наночастиц не наблюдалось. Проведено изучение цитотоксичности всех новых и некоторых ранее полученных наночастиц, а также однокомпонентных наноформ на их основе на различных клеточных линиях (нормальные и раковые клетки). На основе сополимеров мПЭГ-б-ПКЛ и мПЭГ-б-ПКЛ-б-ПЛиз оптимизированы условия масштабирования при получении наноформ диоксадэта и диоксадэт+mTERT миРНК в стерильных условиях в различных дозировках для проведения испытаний in vivo. С использованием масштабированных количеств однокомпонентных и комбинированных наноформ проведены испытания на экспериментальных животных (мыши) с различными моделями рака. На модели асцитной карциномы Эрлиха и модели лимфоидной лейкемии L1210 показано, что диоксадэт, инкапсулированный в наночастицы на основе мПЭГ-б-ПКЛ обладает противоопухолевым эффектом, сопоставимым с эффектом свободного диоксадэта, но при этом отличается меньшей токсичностью, что выражалось в отсутствии гибели от токсичности при дозах превышающих МПД. На модели эпидермоидной карциномы легких Льюис диоксадэт, инкапсулированный в наночастицы на основе мПЭГ-б-ПКЛ в дозе 3*МПД показал значимый противоопухолевый эффект, недостижимый для свободного диоксадэта в максимально переносимой дозе. Наноформы диоксадэта и диоксадэт+mTERT миРНК на основе мПЭГ-б-ПКЛ-б-ПЛиз, в дозе 3*МПД демонстрировали некоторый токсический эффект. При этом, однако наноформа диоксадэт+mTERT миРНК показала наиболее высокий терапевтический эффект (торможение роста опухоли до 100% и снижение площади под кинетической кривой роста опухоли в 14 раз). Таким образом, в рамках этапа 2024 г получены и охарактеризованы новые сополимеры различного состава и строения, изучены физико-химические характеристики наночастиц, стабильность, способность инкапсулировать и высвобождать целевые лекарственные субстанции, а также оценены биологические свойства полученных систем в экспериментах in vitro и in vivo.

Публикации