Создание гибридных систем доставки, чувствительных к ультразвуку, для улучшенной терапии низкодифферинцированных глиом

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 22-75-10151

НазваниеСоздание гибридных систем доставки, чувствительных к ультразвуку, для улучшенной терапии низкодифферинцированных глиом

Руководитель Абакумова Татьяна Олеговна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова" Министерства здравоохранения Российской Федерации , г Москва

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 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-109 - Клиническая лабораторная диагностика и нанотехнологии в медицине

Ключевые слова доставка лекарств, открытие ГЭБ, глиома, микрокапсулы, сфокусированный ультразвук, темозоломид, миРНК

Код ГРНТИ62.13.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Глиобластома является одной из наиболее агрессивных и инвазивных опухолей с неблагоприятным прогнозом. За последние 10 лет развитие различных подходов в области визуализации опухолевых клеток, создания и применения новых препаратов, в том числе таргетной терапии, позволило увеличить продолжительность жизни пациентов в 1,5 раза. В то же время 5-летняя выживаемость пациентом с данным диагнозом по-прежнему остается менее 5-10%. Одним из препятствий является плохой уровень проницаемости гематоэнцефалического барьера (ГЭБ). Несмотря на то, что при глиоме целостность ГЭБ нарушена, проницаемость остается ограниченной и гетерогенной ввиду ряда причин: внутриопухолевое давление, участки гипоксии, различная степень васкуляризации опухоли и др. Также стоит отметить, что в периопухолевом пространстве (месте, где в 90% случае возникает рецидив) ГЭБ практически не нарушен. Использование препаратов, способных проникать через ГЭБ, позволяет увеличить продолжительность жизни пациентов, однако обеспечение высокой дозы терапевтических препаратов сопровождается их повышенной системной токсичностью. Инкапсуляция лекарств в нано- и микрочастицы позволяет увеличить их стабильность и время циркуляции в крови, однако незначительно увеличивает накопление в глиомных клетках. Улучшение доставки возможно либо засчет функционализации частиц векторными группами, либо путем временного открытия ГЭБ с помощью различных подходов. Использование ультразвука является перспективным инструментом в терапии опухолевых заболеваний ЦНС. Введение частиц – микропузырьков позволяет в несколько раз увеличить концентрацию препаратов (в том числе наночастиц) в головного мозге без повреждения нервной ткани. Кроме того, ультразвук может быть использован как способ контролируемого высвобождения препаратов из системы доставки (в качестве внешнего стимула). Целью проекта является создание и всесторонний анализ систем доставки на основе частиц для улучшения накопления и контролируемого высвобождения противоопухолевых препаратов с помощью сфокусированного ультразвука. Системы доставки на основе частиц субмикронного и микронного диапазона обладают рядом преимуществ: возможность разносторонней функционализации (включение наночастиц, олигонуклеотидов, пептидов и др); возможность варьирования размеров (от 150-200 нм до нескольких мкм), поверхностного заряда, степени многослойнойсти. В данном проекте планируется разработать системы доставки на основе полимерных микрокапсул на основе полиаминокислот для внутривенного/интратекального введения, а также разработать полимерные пленки для послеоперационного применения. Данные системы будут содержать противоопухолевый препарат (темозоломид/ауранофин/миРНК ганкирин) и контролируемо высвобождать его под воздействием ультразвука. Научная новизна проекта обеспечивается как новыми стимул-чувствительными системами доставки (впервые будут получены полимерные пленки на основе микрочастиц для послеоперационного применения в терапии глиом), будет разработан оптимальный дизайн стимул-чувствительных микрокапсул для эффективной доставки к клеткам глиомы, так и выбором препаратов. В то время как темозоломид является современным стандартом химиотерапии глиом, в предварительных данных показана эффективность ауранофина в отношении первичных линий глиом человека, а также потенциирование эффекта темозоломида. Ганкирин является онкогенным белком и перспективной мишенью для моно- и комбинированной терапии глиом, концентрация которого повышена в образцах (Xu Guo et al, 2020). В результате проекта будут полученные системы доставки на основе полимерных микрокапсул и пленок с противоопухолевым препаратом, чувствительных к ультразвуку. Будет оценена перспектива применения данных систем в качестве первичного (внутривенное введение микрокапсул) и вторичного (постоперационное применение пленок) звена терапии. Полученные системы доставки могут стать перспективным инструментом для доставки лекарственных препаратов в опухоли ЦНС.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Д. Ю. Травникова, В. С. Брезгина, М. Ю. Кордюкова, К. Д. Балышева, Ю. В. Котелевцев, Т. О. Абакумова УВЕЛИЧЕНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ГЛИОМЫ К ХИМИОТЕРАПИИ С ПОМОЩЬЮ РНК-ИНТЕРФЕРЕНЦИИ Сборник тезисов «Биосистемы: организация, поведение, управление»: 76-я Всероссийская школа-конференция молодых ученых. Нижний Новгород, 11–14 апреля 2023 г.", Том 1, с. 311 (год публикации - 2023)

2. Мещерякова В.И. ,Кордюкова М.Ю., Бекчанова Е.С., Абакумова Т.О., Белоусов В.В. Изучение редокс-метаболизма стволовых клеток глиобластомы с целью разработки подходов для преодоления резистентности клеток к действию химиотерапии Сборник материалов конференции "III студенческий биохимический форум", Том 1, стр. 63-64 (год публикации - 2023)

3. Мещерякова В.И., Кордюкова М.Ю., Абакумова Т.О., Белоусов В.В. Разработка подходов к преодолению резистентности стволовых клеток глиобластом к действию химиотерапии посредством оценки их окислительно-восстановительного статуса Успехи молекулярной онкологии, №4, том 9, с.115-116 (год публикации - 2022)

4. Брезгина В. С., Абакумова Т. О., Нестерчук М. В., Дейкин А. В., Микаелян А. С., Котелевцев Ю. В. ПОДХОД К ЛЕЧЕНИЮ БОКОВОГО АМИОТРОФИЧЕСКОГО СКЛЕРОЗА ПРИ ПОМОЩИ НАПРАВЛЕННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ МИКРОГЛИИ МЕТОДОМ РНК-ИНТЕРФЕРЕНЦИИ Сборник тезисов конференции "Биосистемы: организация, поведение, управление", Том 1, с.231 (год публикации - 2023)

5. Балышева K.Д., Кордюкова М. Ю., Комкова М. А., Антонова О. Ю., Белоусов В. В., Абакумова Т. О. ПРОТИВООПУХОЛЕВАЯ СИСТЕМА ДОСТАВКИ НА ОСНОВЕ ЛИПИДНЫХ НАНОЧАСТИЦ С БЕРЛИНСКОЙ ЛАЗУРЬЮ И МИРНК Сборник тезисов конференции "Биосистемы: организация, поведение, управление", Том 1, с.25 (год публикации - 2023)

6. Балышева К.Д., Комкова М.А., Карякин А.А., Белоусов В.В., Абакумова Т.О. НАНОЧАСТИЦЫ БЕРЛИНСКОЙ ЛАЗУРИ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ И ТЕРАПИИ ОНКОЛОГИЧЕСКИХ ЗАБОЛЕВАНИЙ Сборник тезисов "XXXV ЗИМНЯЯ МОЛОДЁЖНАЯ НАУЧНАЯ ШКОЛА "ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ФИЗИКОХИМИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ И БИОТЕХНОЛОГИИ", Том 1, с.189 (год публикации - 2023)

7. Балышева К. Д., Кордюкова М. Ю., Абакумова Т. О., Комкова М. А., Антонова О. Ю., Белоусов В. В. КОМБИНИРОВАННАЯ ТЕРАПИЯ ОНКОЛОГИЧЕСКИХ ЗАБОЛЕВАНИЙ С ПОМОЩЬЮ ЛИПИДНЫХ НАНОЧАСТИЦ С БЕРЛИНСКОЙ ЛАЗУРЬЮ И МАЛЫХ ИНТЕРФЕРИРУЮЩИХ РНК атериалы XVII Всероссийской научно-практической конференции имени А.Ю. Барышникова с международным участием «НОВЫЕ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ПРОТИВООПУХОЛЕВЫЕ ПРЕПАРАТЫ И МЕДИЦИНСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ: ПРОБЛЕМЫ, ДОСТИЖЕНИЯ, ПЕРСПЕКТИВЫ», Том 1, с.10-11 (год публикации - 2023)

8. Абакумова Т.О., Новоселова М.В., Кордюкова М.Ю., Горин Д.А., Белоусов В.В. Ultrasound-sensitive siRNA drug delivery systems for glioblastoma treatment Abtract book of the 22nd Annual International Symposium of Therapetuc Ultrasound, Том 1 (год публикации - 2023)

9. Абакумова Т.О., Кузькина А.А., Кошкин Ф.А., Поздеева Д.А., Абакумов М.А., Мельников П.А., Ионова К.П., Губский И.Л., Гурина О.И., Нуколова Н.В., Чехонин В.П. Localized permeability of blood brain barrier in the cuprizone model of demyelination Biomedicines (год публикации - 2023)

10. Шашковская В.С., Ветошева П.И., Шохина А.Г., Апарин И.О., Приказчикова Т.А., Микаелян, А.С., Котелевцев Ю.В., Белоусов В.В., Зацепин Т.С., Абакумова Т.О. Delivery of Lipid Nanoparticles with ROS Probes for Improved Visualization of Hepatocellular Carcinoma Biomedicines, 11(7), 1783 (год публикации - 2023)
10.3390/biomedicines11071783

11. Травникова Д. Ю., Кордюкова М. Ю., Котелевцев Ю. В., Абакумова Т. О. МАЛЫЕ ИНТЕРФЕРИРУЮЩИЕ РНК КАК ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ПРЕОДОЛЕНИЯ ХИМИОРЕЗИСТЕНТНОСТИ ОПУХОЛЕВЫХ КЛЕТОК В ТЕРАПИИ ГЛИОБЛАСТОМ Тезисы участников конференции НЕЙРОКАМПУС 2023: ЭВОЛЮЦИЯ. НЕЙРОТЕХНОЛОГИИ БУДУЩЕГО, 62-63 (год публикации - 2023)
10.24412/CL-37124-2023-62-63

12. Кордюкова М. Ю., Мещерякова В. И., Пешкова Е. С., Абакумова Т. О., Белоусов В.В ПОВЫШЕННАЯ АКТИВНОСТЬ ТИОРЕДОКСИНРЕДУКТАЗНОЙ АНТИОКСИДАНТНОЙ СИСТЕМЫ КАК ФАКТОР УСТОЙЧИВОСТИ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК ГЛИОБЛАСТОМЫ К ХИМИОТЕРАПИИ Тезисы конференции НЕЙРОКАМПУС 2023: ЭВОЛЮЦИЯ. НЕЙРОТЕХНОЛОГИИ БУДУЩЕГО, 180-183 (год публикации - 2023)
10.24412/CL-37124-2023-180-183

13. Циммерман А.В., Кордюкова М. Ю., Сорокина М. А., Травникова Д.Ю., Абакумова Т. О. Поиск потенциальных генов-мишеней для новых подходов в терапии глиобластом с помощью РНК-интерференции сборник тезисов IV Студенческий биохимический форум, - (год публикации - 2024)

14. Циммерман А. В., Абакумова Т.О. Поиск потенциальных генов-мишеней для терапии глиомы с помощью миРНК сборник тезисов Конференция «Ломоносов-2024», - (год публикации - 2024)

15. Булгаков Т.К., Мещерякова В.И., Абакумова Т.О., Кордюкова М.Ю., Белоусов В.В. Изучение редокс статуса и активности антиоксидантных систем стволовых клеток глиобластом с различной чувствительностью к химиотерапии сборник тезисов IV СТУДЕНЧЕСКОГО БИОХИМИЧЕСКОГО ФОРУМА, - (год публикации - 2024)

16. Шашковская В.С., Травникова Д.Ю., Кордюкова М.Ю., Котелевцев Ю.В., Белоусов В.В., Зацепин Т.С., Абакумова Т.О. ПРИМЕНЕНИЕ МАЛЫХ ИНТЕРФЕРИРУЮЩИХ РНК В КАЧЕСТВЕ ИНГИБИТОРА ГАНКИРИНА В ТЕРАПИИ ГЛИОМ МАТЕРИАЛЫ VIII ВСЕРОССИЙСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, Успехи молекулярной онкологии, Москва, с.146-147 (год публикации - 2023)

17. Травникова Д.Ю., Шашковская В.С., Кордюкова М. Ю., Котелевцев Ю. В., Абакумова Т. О. Перспективы применения малых интерферирующих РНК к ганкирину как элемента комбинированного лечения глиобластом сборника тезисов конференции "LIFT Школа молодого нейротехнолога", 26.04.2024 (год публикации - 2024)

18. Шашковская В. С.,Далинина В. Д., Кордюкова М. Ю., Белоусов В. В., Абакумова Т. О. Создание систем доставки лекарств на основе биополимерных капсул и липидных наночастиц для доставки в клетки глиомы сборник тезисов международной научной конференции-школы "БИОГИБРИДНЫЕ СИСТЕМЫ В ХИМИИ, БИОТЕХНОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ" ("Biohybrid systems in chemistry, biotechnology and medicine"), - (год публикации - 2024)

19. Далинина В. Д., Прошин П. И., Абдурашитов А. С., Сухоруков Г. Б., Шашковская В. С., Абакумова Т. О. РАЗРАБОТКА ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОК С ТЕМОЗОЛОМИДОМ ДЛЯ ЛОКАЛЬНОЙ ТЕРАПИИ ГЛИОБЛАСТОМ Биосистемы: организация, поведение, управление: Тезисы докладов 77-й Международной школы-конференции молодых ученых, - (год публикации - 2024)

20. Циммерман А.В., Кордюкова М.Ю., Сорокина М.А., Травникова Д.Ю., Белоусов В.В., Абакумова Т.О. Потенциал метилтрансферазы EZH2 в качестве таргетного гена для разработки новых подходов к терапии глиобластомы с помощью РНК-интерференции сборника тезисов конференции "LIFT Школа молодого нейротехнолога", - (год публикации - 2024)

21. Абакумова Т.О., Кордюкова М.Ю., Мещерякова В.И., Ветошева П.И., Сергеева О.В., Зацепин Т.С. и Белоусов В.В. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ МАЛЫХ ИНТЕРФЕРИРУЮЩИХ РНК К ГАНКИРИНУ ДЛЯ ТЕРАПИИ ГЛИОБЛАСТОМ Материалы международного конгресса «Биотехнология: состояние и перспективы развития», Материалы международного конгресса «Биотехнология: состояние и перспективы развития», том 1, с.33-34 (год публикации - 2022)
10.37747/2312-640X-2022-20-33-34

22. Булгаков Т. К., Мещерякова В. И., Пешкова Е. С., Абакумова Т. О., Кордюкова М. Ю., Белоусов В. В. Ингибирование тиоредоксиновой антиоксидантной системы приводит к снижению устойчивости стволовых клеток глиобластомы к химиотерапии Сборник тезисов конференции "LIFT Школа молодого нейротехнолога" (год публикации - 2024)
10.24412/cl-37228-2024-151-153

23. Шашковская В.С., Травникова Д.Ю., Пацап О.И., Котелевцев Ю.В., Белоусов В.В., Абакумова Т.О. Immune Response in the Brain Mediated by Focused Ultrasound in Healthy and Glioma bearing Mice ISTU Symposium (год публикации - 2024)

24. Травникова Д.Ю. , Шашковская В.С., Носова И.В., Абакумова Т.О. Ингибирование гена PSMD10 как подход к подавлению роста глиобластомы в рамках комбинированной терапии in vitro и in vivo Конференция ХимБиоSeasons, Калининград, устный доклад (год публикации - 2025)

25. Чебитько Т.В., Травникова Д.Ю., Абакумова Т.О. Анализ влияния низкомолекулярного ингибитора ганкирина на пролиферацию клеток глиобластом Конференция ХимБиоSeasons, Калининград, устный доклад (год публикации - 2025)

26. Булгаков Т.К., Мещерякова В.И., Абакумова Т.О., Кордюкова М.Ю., Белоусов В.В. Изучение вклада основных систем антиоксидантной защиты клеток глиобластомы в развитие устойчивости к химиотерапии Конференция ХимБиоSeasons, Калининград, устный доклад (год публикации - 2025)

27. Носова И. В. , Кудряшова О. М. , Травникова Д. Ю. , Абакумова Т. О. Молекулярное профилирование и изучение редокс-метаболизма глиобластом 67-ая Всероссийская научная конференция МФТИ, Москва, устный доклад (год публикации - 2025)

28. Травникова Д. Ю. , Шашковская В.С., Кордюкова М.Ю., Носова И. В., Кудряшова О. М., Зацепин Т. С., Белоусов В.В., Абакумова Т. О. Downregulation of Gankyrin/PSMD10 affects cancer cell growth and proliferation in glioblastoma: in vitro and in vivo study bioRxiv , bioRxiv 2024.12.02.626412; doi: https://doi.org/10.1101/2024.12.02.626412 (год публикации - 2025)
10.1101/2024.12.02.626412

29. Чмелюк Н.С., Кордюкова М.Ю., Сорокина М.А., Синявский С.А., Мещерякова В.И., Белоусов В.В., Абакумова Т.О. Inhibition of Thioredoxin-Reductase by Auranofin as a Pro-Oxidant Anticancer Strategy for Glioblastoma: In Vitro and In Vivo Studies International Journal of Molecular Sciences, Int. J. Mol. Sci. 2025, 26, 2084. https://doi.org/10.3390/ijms26052084 (год публикации - 2025)
10.3390/ijms26052084

30. Абакумова Т.О., Шашковская В.С., Травникова Д.Ю., Далинина В.Д., Кордюкова М.Ю., Титов С., Белоусов В.В, Deliver or Release: Selecting the Best Options for Focused Ultrasound in Nanoparticle-Mediated Glioma Therapy. Abstract book of ISTU symposium (год публикации - 2024)

31. Далинина В.Д., Прошин П.И., Шашковская В.С., Абдурашитов A.С., Кордюкова М.Ю., Сухоруков Г.Б., Абакумова Т.О. Разработка полимерных и липидных систем доставки темозоломида в глиобластому НейроБайкал 2024 : сборник тезисов докладов Всероссийской конференции с международным участием по нейробиологии и биофотонике, (год публикации - 2024)

32. Далинина В.Д., Шашковская В.С., Хасханова И.М., Травникова Д.Ю., Хмелюк Н.С., Корженевский Д.А., Белоусов В.В., Абакумова Т.О. Effect of Acoustic Pressure on Temozolomide-Loaded Oleic Acid-Based Liposomes and Its Safety to Brain Tissue Preprints 2025, 2025050973 (год публикации - 2025)
https://doi.org/10.20944/preprints202505.0973.v1

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
По результатам третьего года реализации проекта были успешно выполнены все запланированные исследования, направленные на разработку и оптимизацию систем доставки химиотерапевтических препаратов для лечения низкодифференцированных глиом, а также на повышение эффективности терапии за счёт применения сфокусированного ультразвука. На первом этапе работ нами были синтезированы конъюгаты темозоломида (ТМЗ) с гидразидами жирных кислот — олеиновой и пальмитиновой. Полученные соединения были всесторонне охарактеризованы с применением комплекса физико-химических методов анализа (ИК-спектроскопия, ЯМР, масс-спектроскопия). Далее была проведена разработка многослойных полиэлектролитных капсул с использованием блок-сополимеров PEG-PLKC и PEG-PLE при использовании смеси либо конъюгатов жирных кислот с темозоломидом. Полученные системы обладали повышенной эффективностью загрузки ТМЗ (от 50 до 90% ТМЗ), а также демонстрировали перспективные характеристики в плане контролируемого высвобождения. Также была проведена оптимизация липидных систем доставки ТМЗ. Путём модификации состава липидной оболочки с добавлением олеиновой кислоты удалось значительно увеличить загрузку препарата, а также повысить чувствительность капсул к воздействию сфокусированного ультразвука, что открывает дополнительные возможности для неинвазивного управления высвобождением лекарства в опухолевой ткани. Особое внимание было уделено исследованию доставки миРНК, однако оптимизация состава липидов не привела к значимым результатам и эффективность инкапсуляции миРНК в липидные капсулы на основе ватерита не превысила 12%. Для точного количественного анализа содержания ТМЗ в системах доставки и биологических жидкостях были разработаны и верифицированы методы высокоэффективной жидкостной хроматографии в сочетании с масс-спектрометрией. Это позволило уточнить данные по загрузке препарата и сформировать необходимый задел для последующих экспериментов по фармококинетике. Параллельно нами были проведены исследования, направленные на оценку действия терапевтических миРНК ганкирина (PSMD10) и EZH2. Было продемонстрировано, что ингибирование экспрессии ганкирина приводит к существенному снижению пролиферативной активности глиомных стволовых клеток, полученных от пациентов. Эффект был подтверждён как в культуре, так и на модели ксенографтов глиомы in vivo, где было показано увеличение продожительности жизни животных. Также были определены эффективные дозы миРНК к EZH2, обеспечивающие выраженное подавление роста глиомных клеток. Был проведён анализ биораспределения имплантируемых систем доставки для локаьной химиотерапии в ткани головного мозга через 24 и 72 часа после имлантации, а также проанализирована терапевическая эффективность данным систем в модели экспериментальной глиомы. Было показано, что имплантация полученных систем позволяет достоверно уменьшить размер опухоли и сопоставим по эффективности с системным введением темозоломида. Кроме того были разработаны новые стимул-чувствительные имплантируемые системы доставки со структурой с ядром из гидрогеля поливинилпирролидона (PVP) и оболочкой из PLGA и показана была их способность к регулируемому высвобождению препарата под воздействием ультразвука.

Публикации

Возможность практического использования результатов
В рамках проекта представлены необходимый научный задел по различным направлениям, который может быть использован для использован для усовершенствованиях существующих методов терапии: 1) разработаны полимерные системы доставки для гидрофобных и гидрофильных препаратов с контролируемым высвобождением 2) идентифицирована мишень и продемонстрирована эффективность ингибирования онкогеннного белка ганкирина как платформы для создания новых подходов к терапии (в том числе с помощью малых молекул) 3) показана эффективность применения сфокусированного ультразвука для доставки частиц, что может также быть использовано для доставки других перспективных препаратов на основе вирусов, антител, пептидов и д.р.