Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Ожирение – пандемическое заболевание, при котором в три раза чаще развивается сахарный диабет 2 типа, артериальная гипертензия и дислипидемия, а риск развития сердечной недостаточности повышен в 2 раза. Эффективность его лечения – низка: она не превышает 40% при лечении только изменением образа жизни и 65% при использовании медикаментов, а сохранение достигнутой потери веса имеет менее половины пациентов, снизивших вес. При этом, снижение массы тела далеко не всегда сопровождается восстановлением метаболического здоровья (нормализация липидов, давления, глюкозы крови). Одной из причин этого является сохранение патологического соотношения различных субтипов жировой ткани – преобладание висцеральной белой жировой ткани и отсутствие метаболически активной бурой жировой ткани (буЖТ). Для образования буЖТ необходимо воздействие индукторов – холод, физическая активность, которые резко уменьшены у современных людей. В тоже время, в качестве активаторов буЖТ могут выступать некоторые препараты, но при системном введении в терапевтических дозах они, либо, оказывая существенный эффект на активацию буЖТ (браунинг), вызывают побочные эффекты со стороны сердца, либо оказывают очень слабый эффект на браунинг, недостаточный для восстановления метаболического здоровья. Использование метода таргетной доставки в жировую ткань таких препаратов открывает новые перспективы в борьбе с ожирением. Растворяющиеся микроиглы – малоинвазивные устройства микронного размера, изготовленные из биосовместимых полимеров – инновационная технология трансдермальной доставки лекарств. Нами был разработан процесс изготовления пластырей с микроиглами методом мягкой литографии. Этот метод требует наличия мастер-формы – механически прочной, способной выдерживать воздействие высоких температур, хорошо передающей рельеф изготавливаемой структуры. Для соблюдения всех технических требований был выбран вариант печати мастер-форм из фотополимерной смолы на 3D-принтере, отличающийся большей точностью при передаче элементов микронных размеров. При помощи программного обеспечения САПР спроектированы несколько различных топологий пластырей, содержащих на поверхности микроиглы. Итоговая топология представляет собой массив 34 × 34 прямоугольных пирамид высотой 800 мкм, с расстоянием между концами 500 мкм. Толщина основания формы 5 мм, стороны – 20 мм. В качестве альтернативного варианта предложена структура с иглами больших размеров (для облегчения печати и последующей работы с формами) - массив из 21 × 21 игл выстой 1,6 мм. Формы для заливки пластырей с микроиглами на основе полидиметилсилоксана изготавливались методом мягкой литографии (литья в форму). Качество формы для заливки оценивалось визуально с использованием светового микроскопа. По полученному изображению сделан вывод об удовлетворяющем требованиям заливки переносе массива из микроигл (форма представляет собой пирамидальные отверстия) с соблюдением размеров и расстояния между пирамидами. Пластырь с микроиглами для трансдермальной доставки изготавливался из полимолочной кислоты и её сополимеров, являющихся биосовместимыми и доступными полимерными материалами. Были рассмотрены варианты исполнения массива микроигл из PLA, PLGA, DL-PLA и PDLLA. Растворение PLA в ацетоне в той же концентрации, что и других биополимеров, а также при двойном увеличении концентрации не дало результатов - полимер набухал и расширялся без полного растворения, что не позволяет использовать его в дальнейших экспериментах. После отверждения всех форм выбор остановили на использовании растворов PLGA,DL-PLA и PDLLA. Снимки топологии пластырей, сделанные при помощи светового микроскопа, позволили сделать вывод об удовлетворяющем требованиям заливки переносе массива из микроигл с соблюдением размеров и расстояния между пирамидами. Для определения количества препарата, помещаемого в микроиглы, были проведены расчёты их объёма как массива из прямоугольных пирамид с заданными размерами. Результирующие объёмы составили 0.0123 мл и 0.0376 мл для топологии с короткими и длинными иглами, соответственно. Эти данные позволяют подобрать необходимые концентрации препарата, растворяемого вместе с биополимером. Для исследования скорости растворения готовых пластырей in vitro был приготовлен фосфатно-солевой буфер (PBS), имитирующий состояние живого организма. Образцы помещались в стакан со 100 мл PBS с температурой 25℃, с непрерывным перемешиванием на магнитной мешалке. Кинетика биодеградации оценивалась измерением массы растворяющихся пластырей. По результатам измерений в течение 168 часов у всех образцов наблюдалось уменьшение массы, но микроиглы из PLGA подвергались частичной биодеградации уже через 48 часов. При этом пластыри из DL-PLA и PDLLA незначительно деформировавшись из-за перемешивания, сохранив свой рельеф, а для образца из PLGA наблюдалось полное растворение игл. Таким образом, PLGA - сополимер молочной и гликолевой кислот с соотношением 48/52, позволяет соблюсти условия эксперимента – фиксирование пластыря на 48 часов для высвобождение препарата в подкожную жировую ткань. Пластырь с микроиглами из PLGA также оказался приемлемым по физико-химическим и эксплуатационным свойствам – тонкий и пластичный и, хотя его прочность была ниже, чем у 10%-го раствора поли-DL-лактида (DL-PLA), но при фиксации, он успешно сохраняется на коже в течение 48 часов. Кинетика высвобождения действующих веществ in vivo соотносится (коррелирует) с кинетикой биодеградации биополимеров. Следовательно, скорость высвобождения действующих веществ определяется скоростью биодеградации биополимеров. Соответственно, для дальнейшей работы выбран PLGA как имеющий нужную скорость биодеградации (48 часов) и подходящие физико-химические и эксплуатационные свойства, позволяющие надежно фиксировать пластырь на коже на длительный период времени. Упоминания проекта в СМИ. Новостной телеканал 78.ru (https://78.ru/news/2024-11-28/peterburgskii-nauchnii-fond-podderzhal-uzhe-bolee-130-nauchnih-i-nauchnotehnicheskih-proektov) сообщил, что в Северной столице состоялось пленарное заседание 1-й Конференции грантополучателей Петербургского научного фонда, созданного в 2021 году по поручению губернатора. На заседании были представлены отчеты по наиболее перспективным проектам, среди которых, проект, в котором на базе НМИЦ им. В. А. Алмазова сейчас ведётся разработка системы таргетной доставки в жировую ткань препаратов, повышающих эффективность лечения ожирения. Канал Петербург Онлайн (https://onlinespb.ru/article/11139), также отметил актуальность данного проекта, подчеркнув, что трансдермальные методы доставки лекарственных средств открывают новые возможности в борьбе с ожирением, обеспечивая целенаправленное и интенсивное воздействие на жировую ткань и предлагая инновационный подход к снижению веса и восстановлению метаболического здоровья.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В результате проведённых исследований установлены ключевые параметры разработки и характеристики полимерных микроигольных массивов. Оптимальным материалом для создания прототипа признан 35% раствор со-полимера полимолочной и гликолевой кислот (PLGA) в ацетоне, отверждаемый при 140°C в течение 15 минут. Данный режим обеспечил воспроизводимую геометрию микроигл и их механическую стабильность, что подтверждено микроскопическим анализом. Спроектированная и напечатанная структура массива, включающая 1156 пирамидальных микроигл (высота — 800 мкм, шаг между вершинами — 500 мкм) на подложке размером 2×0.5 мм, продемонстрировала полное соответствие заданным 3D-моделям. Это подтверждает точность использованной технологии изготовления и пригодность образцов для дальнейших исследований. Анализ биодеградации полимера PLGA продемонстрировал контролируемую деградацию: частичное исчезновение рельефа через 48 часов и полное растворение микроигл через 168 часов. Исследование высвобождения лекарственных веществ подтвердило эффективность разработанной системы для доставки метформина, сибутрамина и тезофензина. Установлена прямая зависимость между концентрацией препарата в полимерной матрице и количеством высвобождаемого вещества, что свидетельствует о возможности прогнозирования кинетики высвобождения. Полученные результаты обосновывают перспективность применения микроигольных массивов на основе PLGA в трансдермальной терапевтике для контролируемой доставки гидрофильных препаратов. Была изучена скорость высвобождения препаратов из микроигл и установлено, что она зависит от химической структуры препарата, его концентрации в микроиглах. При этом при введении препаратов раздельно и в смеси (комбинация метформина с сибутрамином) были выявлены существенные различия в скорости высвобождения. Нелинейный характер зависимости эффективности от концентрации открывает возможности для создания матриц с контролируемыми и прогнозируемыми свойствами, где количество загруженного в микроиглы вещества может служить инструментом управления скоростью высвобождения. Однако достигнутый прогресс требует дополнительных исследований для оценки долгосрочной стабильности таких систем и влияния высокой лекарственной нагрузки на механические характеристики полимерного каркаса. В ходе экспериментальных работ в отчетном году, продемонстрирована возможность доставлять лекарственные препараты в подкожную жировую ткань (в межлопаточной области) у экспериментальных животных. В ходе исследования на животной модели алиментарного ожирения было показано, что в случае введения метформина, сибутрамина и тезофензина при помощи микроигл, они демонстрируют положительный эффект на массу тела. В отличие от перорального приема, использование системы тканевой доставки (пластырь с микроиглами) продемонстрировало более высокую терапевтическую эффективность в отношении снижения уровня глюкозы. Было установлено, что использование микроигл не вызывает ни локального (по данным визуальной оценки), ни системного (по результатам оценки провоспалительных цитокинов в крови) воспаления. Было показано, что в месте установки пластыря с микроиглами, под воздействием препаратов, индуцирующих активацию бурой ЖТ, происходит значительно более выраженное повышение экспрессии универсального маркера бурой и бежевой жировой ткани UCP1. В жировой ткани других локализаций его экспрессия либо не зависела от способа введения препаратов, либо была более выраженной при пероральном (зондовом) введении препаратов.