В нашем проекте «Где рождается наукоемкий бизнес?» ученые в своих лабораториях рассказывают о перспективных исследованиях, разработках и их технологическом применении в различных сферах бизнеса. В этом выпуске мы побеседовали с доктором химических наук, профессором химического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова Натальей Клячко.

Лаборатория «Химический дизайн бионаноматериалов» была создана в ноябре 2010 года. Задачи лаборатории и направления ее работы объединяются одним — это молекулярное моделирование и молекулярный дизайн бионаноматериалов для медицинских применений.

О нанозимах

Материалы и их применения различные, поэтому направлений в работе много. Часть из этих направлений существовала до создания лаборатории, но развивалась несколько в других направлениях. Когда пришел Александр Кабанов, руководитель лаборатории, то он объединил наши исследования нанозимом — уникальным контейнером для биомолекул, с помощью которого их можно доставлять в различные органы, в частности, для медицинских применений.

Рекомендуем по этой теме:
Журнал
Доказательная медицина и принципы разработки лекарств

Направления работы лаборатории связаны, с одной стороны, с конкретными заболеваниями, а с другой — с различными дизайнерскими разработками. Одно из направлений связано со специфическими ферментами, которые способны разрушать очень сильные яды — фосфорорганические соединения, в том числе яды военного назначения. (Фермент — это белок, который катализирует, ускоряет любые реакции в нашем организме.)

Это как раз разработка нашей кафедры химической энзимологии, которая занимается ферментами (биологическими катализаторами) в разных областях. И одно из них — это ферментный катализатор-антидот, или превентивное средство при отравлениях фосфорорганическими соединениями.

Поскольку фермент выделяется из бактерий, то использовать его на человеке было невозможно. Он замечательно работал, разрушал фосфорорганические соединения, в том числе такие, как Ви-Экс, зарин, зоман и пестициды. И оказалось, что в приложении к этому ферменту очень удобна разработанная в лаборатории технология создания нанозима, когда можно простым способом, с использованием разнозаряженных полимеров сделать такой комплекс или такой контейнер для фермента и фактически спрятать его от организма. И теперь этот фермент может использоваться в организме животных и человека, он становится нетоксичным, неиммуногенным, и, более того, он по-прежнему очень активно работает.

Эксперименты здесь продвинулись уже очень далеко. Фактически у нас есть готовый продукт, который можно применять на практике. Эксперименты уже проводились на животных. Например, на крысах. В присутствии этого ферментного катализатора летальная доза, которая приводила к гибели животных, смещалась чуть ли не в три раза, то есть три ЛД100, даже не ЛД50, это очень большая разница.

Это означает, что можно в организм вводить маленькие концентрации, что будет не опасно для человека, а поскольку этот фермент находится в оболочке, то за счет этого он может функционировать довольно долго. Получается, что можно использовать его как превентивное средство до попадания в среду, где есть пестициды.

О доставке лекарств в организм

Второе направление работы также связано с технологией, готовой к применению. Здесь два ответвления. Первое — это технология создания наночастиц антиоксидантного фермента супероксиддисмутазы, который способен бороться с радикалами кислорода, возникающими при различных воспалительных заболеваниях в нашем организме. Создание оболочки для этого фермента позволяет ему работать в организме гораздо лучше и дольше и эффективно бороться с радикалами кислорода, возникающими при воспалительных заболеваниях.

Мы это тестировали в офтальмологии на кроликах, которым фермент вводился капельно. Хорошие результаты были получены при иммуногенном увеите — заболевании, которое вызывает довольно существенные осложнения, а во многих случаях и слепоту. При использовании нашей технологии удалось существенным образом улучшить течение болезни и добиться выздоровления животных.

Рекомендуем по этой теме:
Видео
2688 5
Таргетные препараты в онкологии

Второе ответвление связано с возникновением радикальных частиц в результате травмы спинного мозга. Эти исследования мы проводим совместно с институтом Сербского. Мы разработали модель травмы спинного мозга, чтобы можно было достоверно следить за протеканием процесса. И здесь мы вводили наноконтейнер с ферментом уже внутривенно. Этот фермент существенным образом облегчает течение болезни и позволяет улучшить функциональные особенности животных, если при травме они перестают двигаться. За счет добавленного нанозима восстановление происходит значительно быстрее.

Еще одно направление, исследования в котором мы только начали, связано с наночастицами металлов и влиянием внешнего воздействия, а именно магнитного поля, на различные биохимические реакции и различные биомолекулы. Сейчас это более фундаментальные разработки, но они тоже имеют практическое приложение. Это возможность внешнего воздействия или целенаправленной актуации различных процессов, протекающих в организме, связанных с направленной доставкой в организм лекарств.

Если мы рассмотрим хорошо известные липосомы, которые доставляют лекарства в организм, то очень часто оказывается, что лекарство в них сидит и не выходит куда нужно. Поэтому встает вопрос: как открыть крышку, как выпустить лекарство?

И здесь появилась идея использовать магнитное поле, причем низкочастотное или ультранизкочастотное, негреющее. И все эффекты связаны именно с наномеханическим воздействием на молекулы белка или частицы с лигандами и лекарством.

О лечении рака

Мы все время ставим новые цели. Сейчас мы включились в работу по проекту Сколково — «Сколтех», где идет разработка совершенно новых препаратов, основанных не на белках, а на РНК. Это доставка лекарства в опухолевые клетки. Здесь разработки ведутся практически с нуля. У нас есть две таргетные области — это рак печени и рак простаты. Но вполне возможно, что будем развиваться дальше. Мы думаем о легких и некоторых других органах.

Помимо этого, в лаборатории отдельные группы еще работают с другими грантами и проектами. Например, с группой Натальи Нуколовой. Она готовила PhD у Александра Кабанова в Соединенных Штатах, а сейчас работает в институте Сербского. Она занимается контейнерами-наногелями, с помощью которых осуществляется доставка в мозг. Это очень сложная задача. Опухоль мозга — это огромная проблема, потому что она очень быстро развивается и ее практически невозможно удалить. Поэтому создание такого лекарства — серьезный челлендж.

До массового производства такие препараты еще не дошли, но у нас есть уже два препарата, которые практически готовы к использованию. По одному из них мы сейчас будем проводить доклинические испытания, уже подана заявка в Минпромторг, а другой пытаемся испытывать немного в другом формате. То есть препарат готов, но коммерческого использования пока нет.

Небольшое финансирование к нам идет со стороны университета. Но поскольку мегагрант уже закончился, то в этом году у нас целиком финансирование было не из министерства. Есть еще несколько грантов РНФ и ряда других организаций, которые мы пока используем. Сотрудничество с коммерческими компаниями — это дело ближайшего будущего.

Коммерческие перспективы связаны с тем, что очень многие наши препараты предназначены для социально значимых заболеваний. Они важны именно с точки зрения коммерциализации. И я надеюсь, что у нас будут партнеры, которые смогут в дальнейшем это вместе с нами продвигать.

О социально значимых препаратах

В данный момент у нас есть антидот и превентивное средство против фосфорорганических соединений и пестицидов. Это очень важно и для сельского хозяйства, для людей, работающих в сельском хозяйстве, и для людей, случайно попадающих, например, в метро, где может произойти утечка или сознательное распыление какого-то вещества.

Второй препарат — это антиоксидантный нанозим, который может использоваться для очень широкого круга заболеваний в качестве противовоспалительного средства.

Есть много других средств типа витаминов и так далее. Но чем хорош фермент по сравнению с витамином? Витамин перерабатывает один радикал и на этом заканчивает. Для продолжения нужно еще частичку добавить. Фермент же осуществляет переработку много раз. Одна молекула может много раз переработать большое количество частиц радикалов. Поэтому использовать такой препарат очень выгодно. Сейчас мы это тестируем как противовоспалительное средство в офтальмологии и для травм спинного мозга. Но использоваться такой препарат может гораздо шире в качестве противовоспалительного средства.

Рекомендуем по этой теме:
FAQ
FAQ: Мембраноактивные антибиотики

У нас на руках есть тоже социально значимые антисальмонельные и антистафилококковые препараты. Стафилококковая инфекция, например, опасна для роддомов и больниц.

Большое будущее мы видим в магнитных разработках — и в плане создания приборной базы, и в плане собственно разработок. Для этих целей не так давно была создана компания, к которой мы все относимся, — и профессор Головин, и я, и Александр Викторович Кабанов, и Марина Сокольская.

Задач здесь много. Это дистанционно управляемые внешним воздействием препараты, когда мы загружаем лекарство в частичку, а частичку отправляем в организм и потом сверху действуем магнитным полем. В результате эта частичка делает то, что нам нужно. Фактически с помощью магнитного поля мы можем либо разупорядочивать мембрану и давать возможность ферменту проникнуть в необходимые области, либо помочь лекарству выйти из контейнера, из которого он не может выйти своими силами. Если нам нужно остановить какую-то реакцию, то мы можем этот фермент запустить и полем разрушить связи, которые есть у него внутри, и реакция остановится. Есть много вариантов воздействия, и все они связаны с механическим воздействием на макромолекулы белка через магнитные частицы.

Получены результаты, связанные реакциями фермента на запуск магнитного поля, в результате чего можно управлять его активностью: делать ее меньше или больше. Также получены результаты по выходу фермента из частички. Это то же самое, что выход лекарства из частички, когда под действием поля частичка как бы стряхивает фермент, если он не пришит ковалентно, в раствор. И мы таким образом можем от него отделиться, когда это необходимо.

Помимо этого, мы синтезировали большое количество частиц самого разного размера и морфологии. Это шарики размером 8 нм, 20 нм и 50 нм, это кубики размером 40 нм, различные палочки. И все эти материалы могут по-разному откликаться на действие поля, что мы сейчас и используем. Например, палочки на мембране грамотрицательных клеток под действием магнитного поля эту мембрану разупорядочивают. Также эти материалы помогают антибактериальному ферменту, которому трудно пробраться через поверхностную мембрану к бактериальной клетке, которую он должен расщепить.

Сейчас у нас стоит задача дойти до конкретного лекарства, до производства. Это уже не просто развитие фундаментальных исследований, хотя это важно и мы этим занимаемся. Но необходимо именно дойти до производства, перейти через этот ужасный барьер между лабораторией и технологией производства. Для этого, к сожалению, нужны большие деньги.

Фото: Евгений Вербовой / ПостНаука