Биодеградируемые контейнеры для неинвазивной интрадермальной доставки глюкокортикостероидов

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 22-73-10194

НазваниеБиодеградируемые контейнеры для неинвазивной интрадермальной доставки глюкокортикостероидов

Руководитель Свенская Юлия Игоревна, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" , Саратовская обл

Конкурс №71 - Конкурс 2022 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

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

Ключевые слова адресная доставка, неинвазивная интрадермальная доставка, топические глюкокортикоиды, волосяные фолликулы, биорезорбируемые носители, кожная биодоступность лекарств, субмикронные контейнеры, инкапсуляция лекарств

Код ГРНТИ31.15.37, 34.17.43, 76.29.57

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Заявляемый проект направлен на разработку новых подходов, обеспечивающих повышение терапевтической эффективности топических глюкокортикостероидов (ГКС) для лечения воспалительных дерматозов различной природы вследствие увеличения их локальной биодоступности. Обеспечение более высокой локальной концентрации ГКС в коже и ее придатках при разовом применении открывает перспективы уменьшения дозы и частоты нанесения применяемого наружного препарата. Таким образом, достигается повышение рациональности использования ГКС при одновременном снижении токсических эффектов, связанных с его приемом. Заболевания кожи, несмотря на постоянно совершенствующиеся методы их диагностики и лечения, остаются широко распространенными среди населения Российской Федерации. В 2020 г. в структуре заболеваемости всего населения России болезни кожи и подкожной клетчатки занимали третье место и данный показатель составлял 16.7 %, причем, среди детского населения данный класс болезней занимал второе место – 21.35 %. В мире, кожные заболевания являются четвертой по распространенности причиной всех болезней человека, затрагивая почти треть всего населения. Топические ГКС более полувека составляют основу терапии широкого спектра дерматологических заболеваний, к которым относятся псориаз, атопический дерматит, гнездная алопеция, красный плоский лишай и др. Однако, несмотря на доказанный высокий терапевтический эффект ГКС, эффективность их проникновения через роговой слой кожи и накопление в местах локализации ГКС-рецепторов (в эпидермисе и дерме) является низкой. В силу липофильности и плохой растворимости в воде, соединения данной группы часто задерживаются в липидном роговом слое. Причем известно, что увеличение дозы наносимого препарата не всегда способствует усилению его интрадермального переноса, однако увеличивает потери и способствует более долгому удержанию ГКС в верхних слоях кожи. Возникающая в связи с этим (при повторных аппликациях препарата) функциональная кумуляция, способствует развитию атрофии кожи и активации локальной инфекции. Таким образом, развитие нежелательных явлений, снижение комплаентности со стороны пациента на протяжении всего курса лечения и низкая биодоступность препаратов обуславливают потребность в оптимизации схем терапии стероидочувствительных дерматозов. Доставка ГКС в волосяные фолликулы открывает возможность повышения кожной биодоступности и локализации терапевтического воздействия при лечении таких дерматозов, поскольку в наружном корневом влагалище фолликула, а также в областях сальной и потовой желез, находится большое количество ГКС-рецепторов. Разрабатываемый нами подход к иммобилизации глюкокортикостероидов в биодеградируемые контейнеры-носители с последующей их доставкой и высвобождением в пространстве сально-волосяного фолликула позволит существенно рационализировать топическое применение данных гормональных препаратов. Новизна заявляемых исследований состоит в применении биорезорбируемых минеральных контейнеров для иммобилизации и интрадермальной доставки ГКС различного класса. Уникальные свойства ватерита (высокопористая архитектура и метастабильность) будут впервые использованы для создания системы доставки ГКС с управляемым релизом. Предлагаемая нами идея направленной доставки ГКС в пространство сально-волосяного фолликула с целью усовершенствования схем лечения псориаза и атопического дерматита также является оригинальной.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Верховский Р.А., Козлова Н.А., Ленгерт Е.В., Савельева М.С., Макаркин М.А., Мыльников А.М., Наволокин Н.А., Бучарская А.Б., Терентюк Г.С., Босак И.А., Васильева Н.В., Свенская Ю.И. Cytotoxicity, dermal toxicity and in vivo antifungal effect of griseofulvin-loaded vaterite carriers administered via sonophoresis ACS Infectious Diseases, - (год публикации - 2023)
10.1021/acsinfecdis.3c00084

2. Свенская Ю.И., Ленгерт Е.В., Тараканчикова Я.В., Муслимов А.Р., Савельева М.С.,Генина Э.А., Радченко И.Л., Степанова Л.А., Васин А.В., Сухоруков Г.Б., Цыбалова Л.М. Non-invasive transcutaneous influenza immunization using vaccine-loaded vaterite particles Journal of Materials Chemistry B, 11, 3860–3870 (год публикации - 2023)
10.1039/D2TB02779H

3. Свенская Ю.И., Паллаева Т.В. Exploiting Benefits of Vaterite Metastability to Design Degradable Systems for Biomedical Applications Pharmaceutics, 15, 11, 2574 (год публикации - 2023)
10.3390/pharmaceutics15112574

4. Савельева М.С., Верховский Р.А., Демина П.А., Сурков Ю.И., Анисимов Р.А., Прихожденко Е.С., Пиденко П.С., Серебрякова И.А., Зайцев С.М., Тучин В.В., Свенская Ю.И. Biodegradable calcium carbonate carriers for the topical delivery of clobetasol propionate Journal of Materials Chemistry B, 0, 0, 1-15 (год публикации - 2024)
10.1039/D4TB00303A

5. Ю.И. Свенская, П.А. Демина, М.С. Савельева, Е.С. Прихожденко, П.С. Пиденко, С.Н. Штыков Микроскопическое и спектральное исследование кинетики высвобождения бетаметазона дипропионата из контейнеров-носителей в водных средах Оптика и спектроскопия (переводная версия - Optics and Spectroscopy), № 3, том 132 (год публикации - 2024)

6. Демина П.А., Савельева М.С., Верховский Р.А., Анисимов Р.А., Пиденко П.С., Свенская Ю.И. Investigation and Release Profile Optimization for Vaterite-Based Carriers Loaded with Betamethasone Dipropionate BioNanoScience, Том 5, номер статьи 61. (год публикации - 2024)
10.1007/s12668-024-01683-8

7. Свенская Ю.И., Верховский Р.А., Зайцев С.М., Ладеманн Ю., Генина Э.А. Current issues in optical monitoring of drug delivery via hair follicles Advanced Drug Delivery Reviews (год публикации - 2024)
10.1016/j.addr.2024.115477

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В ходе третьего года исследований была выполнена серия экспериментов in vitro с использованием ватеритных контейнеров, нагруженных глюкокортикостероидом (ГКС), и клеточной линии кератиноцитов человека (HaCaT). В частности, проведена оценка цитотоксичности контейнеров, нагруженных бетаметазона дипропионатом (CaCO3-BD), а также изучена эффективность их интернализации клетками. С помощью реагента Alamar Blue установлено, что разработанные контейнеры не оказывают значимого влияния на выживаемость кератиноцитов при добавлении во всем исследуемом диапазоне концентраций, что свидетельствовало об отсутствии выраженного цитотоксического эффекта. С помощью конфокальной лазерной сканирующей микроскопии (КЛСМ) продемонстрировано отсутствие изменений в морфологии и интенсивности окрашивания кератиноцитов витальным красителем кальцеином при инкубации с частицами CaCO3-BD на протяжении 72 ч, что подтверждало отсутствие токсического действия. С помощью КЛСМ также показано, что частицы CaCO3-BD успешно захватываются кератиноцитами, не оказывая при этом видимого влияния на их жизнеспособность. Анализ ортогональных проекций последовательностей оптических Z-срезов подтвердил внутриклеточную локализацию частиц. Проведено комплексное исследование терапевтического эффекта от применения разработанных контейнеров с ГКС в сочетании с оптимизированным протоколом их доставки в волосяные фолликулы на модели псориазоподобного дерматита у крыс in vivo. Курс противовоспалительной терапии проводили с использованием суспензии частиц CaCO3-BD, суспензии BD, а также препарата сравнения (мазь «Бетамезатон» 0.05%). Внедрение как частиц BD-CaCO3, так и свободного BD выполняли из смеси пропиленгликоль/этанол под действием сонофореза согласно протоколу, разработанному на втором году реализации проекта. По результатам мультимодального исследования, включающего визуальную оценку, анализ цифровых фотографий (текстурный анализ), мониторинг с использованием спектроскопии диффузного отражения, оптической когерентной томографии (ОКТ) и высокочастотного ультразвукового сканирования, а также гистологический анализ, установлено, что применение частиц CaCO3-BD обеспечивает наиболее быстрое и эффективное излечение животных, существенно сокращая при этом частоту применения ГКС. Основываясь на ранее полученных данных о скорости интрафолликулярной деградации разработанных контейнеров, лечение животных с использованием частиц CaCO3-BD в ходе данного исследования выполняли с периодичностью раз в три дня, что соответствовало двукратной аппликации терапевтической композиции за весь курс лечения. В то же время классическая схема лечения топическими ГКС (мазь «Бетаметазон») предполагает применение препарата дважды в день ежедневно, что в нашем случае подразумевало 12-кратное нанесение препарата-сравнения. Таким образом, показано, что использование CaCO3-BD контейнеров позволяет сократить число процедур применения в 6 раз, обеспечивая при этом усиление терапевтического эффекта за счет улучшения адресности воздействия. Выполнена оценка глубины интрафолликулярного залегания разработанных контейнеров с ГКС для крыс с моделью псориазоподобного дерматита. С помощью ОКТ установлено, что оптическая глубина залегания частиц CaCO3-BD в коже животных с патологией составляет 407±76 мкм. Показано, что наличие воспалительного процесса в коже не препятствует доставке и заполнение фолликулов контейнерами является глубоким и обильным. Проведено сравнительное in vivo исследование эффективности интрадермальной доставки бетаметазона дипропионата при применении суспензий частиц CaCO3-BD и BD в сочетании с сонофорезом, а также мази «Бетаметазон». Оценка потерь препарата при внедрении, выполненная с помощью метода отрывов липкой лентой, показала, что применение ватеритных контейнеров в 1.6 раз снижает потери ГКС, по сравнению с его внедрением в свободном виде. При оценке содержания BD в различных слоях кожи и волосяных фолликулах методом цианоакрилатных отрывов с последующим забором биоптата кожи установлено, что применение частиц CaCO3-BD обеспечивает доставку препарата в волосяные фолликулы и глубокие слои кожи, повышая тем самым эффективность интрадермального проникновения ГКС по сравнению с рутинно применяемыми в клинической практике лекарственными формами (обеспечивающими накопление ГКС в роговом слое). При этом показано, что именно ватеритные носители играют ключевую роль в транспортировке ГКС, усиливая его интрафолликулярное проникновение по сравнению со свободной формой. Факт доставки CaCO3-BD контейнеров в волосяные фолликулы был подтвержден также с помощью сканирующей электронной микроскопии. В ходе блока in vivo исследований, выполненных как на здоровых животных, так и на животных с моделью дерматита, показано, что применение CaCO3-BD контейнеров не приводит к появлению неблагоприятных клинических отклонений. Общее состояние лабораторных животных, особенности их поведения, координация движений, потребление корма и воды при применении частиц не отличались от поведения и состояния интактных животных. Гистологический анализ продемонстрировал отсутствие изменений, связанных с применением разработанной формуляции. При сравнении гистологических препаратов кожи крыс, забранной на анализ после двукратного применения частиц CaCO3-BD, с препаратами кожи интактных крыс не было выявлено значимых морфологических различий, что свидетельствовало об отсутствии раздражающего действия для разработанных контейнеров при применении оптимизированного протокола их интрадермальной доставки. Результаты работ по проекту в текущем отчетном году были опубликованы в виде 2 статей в журналах «Advanced drug delivery reviews» (Q1, IF 15.2) и «BioNanoScience» (Q3, IF 3.0), индексируемых базами WOS и Scopus. Стоит отметить, что ADDR является флагманским журналом и занимает первое место в рейтинге SJR по направлению «Фармацевтика» (Pharmaceutical Science) за 2024 г. Результаты работ были также представлены на международных и всероссийских конференциях в виде 1 пленарного, 1 ключевого и 3 приглашенных докладов.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Разработана новая методика терапии воспалительных дерматозов, обеспечивающая повышение терапевтической эффективности топических глюкокортикоидов (ГКС), благодаря увеличению их локальной концентрации и вероятности аккумуляции в области поражения в результате обеспечения эффективной интрадермальной доставки. Предлагаемая методика отличается локализованностью и адресностью терапевтического воздействия, а также возможностью снижения дозы применяемых препаратов и кратности их нанесения. Применение данного подхода позволит в будущем рационализировать использование ГКС, обеспечивая, в частности, усовершенствование и удешевление классических терапевтических схем, снижение риска развития побочных эффектов, упрощение процедуры лечения, а также повышение приверженности к терапии со стороны пациента. Полученные результаты могут служить основанием для проведения доклинических и клинических испытаний и, как результат, основанием для разработки методических рекомендаций к применению в клинической практике с целью улучшения качества жизни пациентов. Таким образом, результаты проекта закладывают основу для формулирования практических подходов, ориентированных на создание технологий здоровьесбережения, задавая вектор научно-технологическому развитию Российской Федерации.