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 22-74-10117

НазваниеИсследование противовирусной активности малых интерферирующих РНК, в отношении ротавирусной инфекции, при пероральном введении в комплексах с гибридными микроносителями

Руководитель Бродская Александра Валерьевна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" , г Санкт-Петербург

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 04 - Биология и науки о жизни; 04-208 - Молекулярная биология

Ключевые слова ротавирус, siРНК-интерференция, таргетная доставка миРНК, гибридные микрокапсулы, липосомальные наночастицы

Код ГРНТИ34.25.37


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Проект нацелен на решение острейшей медико-социальной проблемы современной вирусологии – создание этиотропного препарата нового поколения против ротавирусной инфекции на основе малых интерферирующих РНК (миРНК). Ротавирусные инфекции представляют собой огромную опасность для населения, в особенности для детей младшего возраста и многочисленных групп иммунокомпрометированных пациентов. По данным ВОЗ, ротавирус- ассоциированный гастроэнтерит ежегодно становится причиной смерти около 450000 детей возрастом до 5 лет по всему миру, несмотря на существующие программы вакцинопрофилактики данного заболевания. В настоящее время на рынке полностью отсутствуют этиотропные препараты против ротавируса, и практикуется исключительно неспецифическая поддерживающая терапия (регидратация, энтеросорбенты, иммуномодуляторы), к сожалению, нередко оказывающаяся неэффективной. Таким образом, проблема создания новых препаратов для этиотропной химиотерапии ротавируса является крайне актуальной. Биологический механизм миРНК -интерференции, используемый в предлагаемом проекте, позволяет осуществить направленное высокоэффективное ингибирование экспрессии вирусных генов. Узнавание малыми интерферирующими РНК мишеней в вирусном геноме на основе комплементарного спаривания нуклеотидов происходит с высокой специфичностью. Это позволяет исключить влияние миРНК на экспрессию генов клетки-хозяина, то есть не ожидается каких-либо побочных эффектов, связанных с действием разрабатываемого нами препарата. Дополнительными существенными преимуществами предлагаемого нами подхода являются возможности быстрого подбора миРНК, специфически ингибирующих эпидемически актуальные циркулирующие вирусные штаммы, и одновременного комбинационного использования миРНК к нескольким вирусным геном в составе одного препарата, что резко повышает его эффективность. В настоящее время основным препятствием к внедрению технологии миРНК -интерференции в клиническую практику является проблема целевой доставки функциональных миРНК в клетки-мишени, в случае ротавируса - в эпителиоциты тонкого кишечника. Существуют трудности, связанные с сохранением стабильности малых молекул в агрессивной среде желудочно-кишечного тракта. В качестве эффективного носителя для доставки целевых миРНК мы предлагаем использовать ранее разработанную и опробированную участниками нашего коллектива технологию инкапсуляции миРНК в гибридные поликатионные микрокапсулы, обеспечивающую высокий уровень клеточного захвата миРНК, при сохранении их биологической активности. А также планируется исследовать возможность применения липосомальных наночачастиц для пероральной доставки миРНК на животной модели мыши. Существуют широкие возможности модификации микрокапсул различными функциональными группами с целью повышения их аффинности к мембране клеток-мишеней, для эффективной целевой доставки миРНК. Противовирусный потенциал антивирусных миРНК будет исследован на нескольких модельных объектах - на клеточной модели ротавирусной инфекции Caco-2 (эпителиальная клеточная линия кишечного происхождения), первичной культуре клеток эпителия тонкого кишечника мыши, по своим биологическим свойствам и составу апикальной мембраны максимально приближенных к кишечному эпителию in vivo, и на мышиной модели ротавирусной инфекции. Для решения задачи биотехнологической функционализации микрокапсул будет проведено микроскопическое исследование внутриклеточной динамики гибридных микроносителей, содержащих флуоресцентно меченую миРНК, и зависимости ее высвобождения в цитозоль от различных условий, с использованием прижизненных pH- чувствительных флуоресцентных меток. Таким образом планируется выявить влияние композитного состава капсул на скорость и интенсивность pH-зависимого высвобождения миРНК. В целом, совокупность этих данных позволит функционализировать микрокапсулы для оптимальной доставки миРНК в энтероциты как in vitro, так и in vivo. Планируется также исследование потенциала экспериментальной анти-ротавирусной РНК-вакцины, содержащей инкапсулированные мРНК, кодирующие ключевые поверхностные ротавирусные антигены, для профилактики ротавирусной инфекции (на мышиной модели). Имеющийся у коллектива исполнителей научный и методический задел в области изучения механизмов внутриклеточной доставки миРНК создаёт все необходимые предпосылки для достижения поставленных в настоящем проекте целей. Созданные при выполнении проекта потенциальные препараты, направленные на широкий спектр серотипов ротавирусов, будут представлять принципиально новый класс этиотропных средств. Имеется заинтересованность ряда российских индустриальных партнёров – ведущих производителей противовирусных препаратов в дальнейшем сотрудничестве по ожидаемым успешным результатам заявляемого проекта.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


 

 

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Проведена оценка патогенности для штаммов WA, генотип G1P[8] (ATCC-VR-201) и 568, генотип G3P[3] (№ ГКВ - 2288) ротавируса А человека (РВА) на лабораторных нелинейных мышах. Безродные мыши не чувствительны к ротавирусу, не проявляли клинических симптомов, сохраняли динамику набора массы тела сопоставимую с контрольными мышами. Также не было выявлено значимых различий между экспериментальной группой и контрольной по результатам гистологии и анализа РНК, выделенной из органов, проведенного методом ОТ-ПЦР. Разработана и оптимизирована животная инфекционная модель РВА штамма 568 на мышах линии C57BL/6. Отработан интрагастральный способ заражения с использованием ветеринарного зонда с однократным введением до 200 мкл вирусной жидкости. В ходе экспериментов не было зарегистрировано ни одного случая гибели животных. Мыши были однородны по своему состоянию, активны и не проявляли других признаков заболевания, кроме диареи. На 3-й 4-й дни проявились клинические симптомы инфекции в виде диареи, а к 5-му дню уже начинался прирост массы. Для количественного описания клинической симптоматики, общего функционального состояния мышей и патогенеза инфекционного процесса на основе множества литературных данных была разработана собственная шкала определения признаков диареи у мышей. Продемонстрирована возможность оценки концентрации инфекционных частиц методом бляшкообразования на культуре МА-104 из супернатантов гомогенатов тонкого кишечника; а также возможность полуколичественно оценивать вирусную нагрузку в тканях и кале методом ОТ-ПЦР. Несмотря на более яркое проявление клинической картины на 2ой день после инфицирования у более молодых особей до 4х недель жизни, полуколичественное определение вирусной нагрузки более достоверно продемонстрировано для группы 8-недельных животных. В экспериментах было выявлено значимое изменение состояния мышей и их кала на 3-5 день после заражения. Полученные данные представляют собой научный интерес, т.к. они представляют возможность наблюдать и оценивать клиническую картину на взрослых животных, что открывает путь к изучению не только противовирусных, но и вакцинных препаратов. При изучении противовирусной активности препаратов, в свою очередь, появляется более широкое окно времени для проведения исследований – от 4 до 10 недель. Дополнительно методом секвенирования по Сэнгеру было показано что выделенный из кала мышей ротавирус идентичен исходному по основным поверхностным антигенам VP4 и VP7. Полученные результаты описаны в статье Торкунова и др., 2025 «Оценка патогенности и оптимизация инфекционной модели ротавируса А человека штамм 568 для мышей различных генетических линий», статья принята к публикации в журнале «Лабораторные животные для научных исследований». Выявлен неспецифический потенциал противовирусного действия препаратов миРНК-nPLA, вводимых перорально (гастроэнтерально), в отношении РВА штамма 568 в экспериментах in vivo мыши линии C57BL/6. Предварительно проводили оценку острой токсичности препаратов миРНК-nPLA, флуоресцентно меченных Cy5, с введением максимально возможных дозировок препарата на протяжении 4х дней и наблюдением до 7 дней. Препараты в дозировке 100 мкл и 200 мкл вводили перорально по отработанной методике. В эксперимент были отобраны 6 животных обоих полов линии C57BL/6. Для всех животных в эксперименте наблюдалось незначительное изменение динамики набора массы тела, сопоставимое с динамикой контрольной группы. Гистологическое исследование тканей ЖКТ органов, изъятых через сутки и 7 суток, также не выявило патологий и воспалительных процессов. Не наблюдалась клинических проявлений расстройства ЖКТ, изменения поведения животных или повышения температуры. Таким образом была продемонстрирована возможность применения больших дозировок препаратов миРНК-nPLA на лабораторных мышах с пероральным введением зондом. В вирусологический эксперимент было отобрано 22 самца и 22 самки мышей линии C57BL/6. Все животные были распределены на 6 групп: в четыре экспериментальные и одну контрольную группы вошло по 8 особей обоих полов. Оставшиеся 4 особи использовались в качестве наивных животных. Препараты вводились в дозе 100 мкл; концентрация препаратов по полилактиду PLА составляет 5мг/мл, концентрация миРНК в препарате 28,5 мкг/мкл или 1,5 мкМ. Введение препаратов проводили по лечебно-профилактической схеме: за 24 ч до заражения, и на протяжении 3х дней после. Заражение ротавирусом осуществлялось интрагастральным способом (с помощью зонда) в дозе 8,3 lgТЦИД50/мл. Определение клинических проявлений проводилось по разработанной шкале оценки диареи и динамике изменения массы тела. С целью дальнейшего отслеживания динамики изменения массы тела трех из восьми мышей (самки) наблюдали в течение 5 дней. Остальные пять особей (самцы и одна самка) в каждой группе подвергались эвтаназии на 3-ий день после заражения. Во всех группах масса тела изменялась статистически незначительно. Значимые различия по шкале диареи отмечены на третий день между всеми группами и наивными животными. Максимальный эффект снижения клинических проявлений инфекции наблюдался для групп 2 (препарат миРНК, имеющей мишень в консервативном регионе гена NSP4) и 4 (препарат негативной миРНК, не имеющей мишени в геноме РВА). Оценка вирусной нагрузки методом бляшкообразования показала вирусингибирующее действие всех препаратов миРНК-nPLA, включая контрольные с неспецифической миРНК. Это указывает на возможное неспецифическое или иммуностимулирующее действие капсул nPLA. После заражения и введения препаратов гомогенаты тонкого кишечника анализировали методами ИФА и ОТ-ПЦР для оценки вирусной РНК и антигена. Также выделяли РНК из кала с 1 по 5 день. Полученные данные подтверждают неспецифический противовирусный эффект миРНК-nPLA при пероральном введении против РВА штамма 568. В продолжение работ по предыдущему этапу было показано распределение флуоресцентно меченных миРНК-Су5 по цитоплазме клеток Сасо-2 через 24 и 48 часов после трансфекции, методом конфокальной микроскопии с использованием прижизненного pH-чувствительного маркера лизотрэкера. Было показано накопление флуоресцентной метки в тканях ЖКТ, через 4 часа после перорального введения миРНК-Cy5, инкапсулированных в полилактидные капсулы (Achmetova et al., 2024). Дополнительно, было проведено исследование накопительного эффекта при пероральном введении в течение четырех дней препаратов наноразмерных капсул-nPLA. Исследование проводили на 10 нелинейных мышах. Ежедневно мышам вводили препарат флуоресцентно меченных капсул с 1 по 4 день (согласно схеме введения препаратов в вирусологическом эксперименте in vivo). По результатам визуализации органов in vivo и ex vivo выявлено, что препараты флуоресцентно меченных капсул способны накапливаться в течение недели в тканях ЖКТ, и после окончания приема препарата флуоресценция сохраняется в органах и тканях до 10 дней.

 

Публикации

1. Джазули Р.Х., Ахметова Д.Р., Рогова А., Бродская А.В. “Impact of physico-chemical properties of non-viral nucleic acid nano- and microcarriers on oral delivery: Current status and Challenges” Медицинский академический журнал (Medical academic journal) (год публикации - 2025)

2. Высочинская В.В., Довбыш О.В., Горшков А.Н.,Бродская А.В., Дубна М.В., Васин А.В., Забродксая Я.А. Advancements and Future Prospects in Molecular Targeted and siRNA Therapies for Chronic Myeloid Leukemia MDPI Biomolecules, Biomolecules 2024, 14(6), 644 (год публикации - 2024)
10.3390/biom14060644

3. Бродская А.В., Торкунова Е.В., Родионова К.Н., Матюшенко В.А., Файзулоев Е.Б., Руденко Л.Г., Исакова-Сивак И.Н., Васин А.В. Оптимизация инфекционной модели ротавируса А человека штамм 568, генотип G3P[3] для мышей различных генетических линий Лабораторные животные для научных исследований (год публикации - 2025)

4. Ахметова Д,Р., Рогова А., Тищенко Ю.А., Митусова К.А., Постаовалова О.В.. Довбыш О.В., Гаврилова Н.В., Епифановская О.С., Пятиизбянцев Т.А., Шакирова А.И., Бродская А.В., Шапиловских С.А., Тимин А.С. An investigation of nano- and micron-sized carriers based on calcium carbonate and polylactic acid for oral administration of siRNA Expert Opinion on Drug Delivery (Taylor and Francis Ltd)1?01, Expert Opinion on Drug Delivery, 2024, 1–17. , pp: 1279-1295 (год публикации - 2024)
10.1080/17425247.2024.2393244

5. Бродская А.В., Грачева А.В, Ахметова А.Р, Хохлова Д.М., Корчевая Е.Р., Смирнова Д.И., Рогова А., Джазули Р., Постовалова А.С., Файзулоев Е.Б. Разработка препаратов на основе РНК-интерференции против ротавирусной инфекции с пероральным введением. Сборник трудов IV Всероссийской научно-практической конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых «Политех наукам о жизни» (Life Science Polytech)/2024, Сборник трудов IV Всероссийской научно-практической конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых «Политех наукам о жизни» (Life Science Polytech)/2024 (год публикации - 2025)

6. Бродская А.В., Грачева А.В., Ахметова А.Р., Хохлова Д.М., Корчевая Е.Р., Смирнова Д.И., Рогова А., Джазули Р., Файзулоев Е.Б. Оценка вирусингибирующей активности нанокапсул, содержащих миРНК, на клеточной модели ротавирусной инфекции XXI Международная конференция молодых ученых: биоинформатиков, биотехнологов, биофизиков, вирусологов, молекулярных биологов и специалистов фундаментальной медицины. Сборник тезисов. Наукоград Кольцово, XI Международная конференция молодых ученых: биоинформатиков, биотехнологов, биофизиков, вирусологов, молекулярных биологов и специалистов фундаментальной медицины. Сборник тезисов, Новосибирск, 24–27 сентября 2024 года. – Новосибирск: Новосибирский национальный исследовательский государственный университет, 2024. – С. 362-363. – DOI: 10.25205/978-5-4437-1691-6-177. (год публикации - 2024)
10.25205/978-5-4437-1691-6-177

7. Бродская А.В.,, Ахметова А.Р., Грачева А.В., Гаврилова Н.В., Файзулоев Е.Б., Васин А.В. Полилактидные нанокапсулы, содержащие малые интерферирующие РНК, способны подавлять репродукцию ротавируса на клеточной модели инфекции Сборник материалов Международной XVIII Годичной Научной конференции Российско-Армянского университета. 2-6 декабря 2024. Ереван., Сборник тезисов Международной XVIII Годичной Научной конференции Российско-Армянского университета. 2-6 декабря 2024. Ереван. (год публикации - 2024)


Возможность практического использования результатов
Данный проект направлен на разработку принципиально нового противовирусного этиотропного препарата для лечения ротавирусной инфекции. По данным ВОЗ летальность ротавирусной инфекции в мире составляет от 0,5 до 3 млн случаев в год. В развивающихся странах и территориях с низким уровнем медицинского обслуживания показатель смертности достигает 2,5% среди всех детей, попадающих в лечебные учреждения. В ретроспективном эпидемиологическом анализе Каира и др.,2020 была установлена тенденция к увеличению заболеваемости ротавирусной инфекцией в Российской Федерации с 2001 по 2018 г.; выявлены возрастные группы населения с высоким риском заражения ротавирусом (дети до 1 года и 1–2 лет),а также тенденции роста заболеваемости в других возрастных группах, в том числе среди взрослого населения 18 лет и старше. Более того в анализе установлены регионы с подтвержденным суммарным увеличением заболеваемости: Дальневосточный, Сибирский и Северо-Западный федеральные округа. Кроме того, существуют статистические данные говорящие о том что в РФ, что практически 100% детей в возрасте до 5 лет имеют эпизод встречи с инфекцией, и до 60% случаев заканчиваются острым гастроэнтеритом, требующим госпитализации, увеличивающей нагрузку на здравоохранения страны. В последнем докладе Роспотребнадзора от 2023 г говорится о росте экономического ущерба на 38% в 2022 г, по сравнению с предыдущим, и составляющим 9,4 млрд. руб. Таким образом, можно говорить о том, что разработка этиотропного высокоэфективного препарата на основе миРНК и вывыод его на производство способно дополнительно существенно снизить уровни заболевания, смертности среди детей до года и расходы на оказание медицинской помощи.