Ключевая информация о лаборатории:

Деятельность лаборатории направлена на развитие и реализацию новых подходов к синтезу функциональных магнитных наноматериалов биомедицинского назначения. Научный коллектив лаборатории разрабатывает уникальные материалы, которые могут быть использованы для получения эффективных терапевтических и диагностических агентов направленных на лечение онкологических заболеваний печени, предстательной железы и головного мозга.

Деятельность лаборатории:

Лаборатория «Биомедицинские наноматериалы» создана в 2014 году в рамках реализации программы повышения конкурентоспособности университета (Проект 5-100). Деятельность лаборатории направлена на развитие и реализацию новых подходов к синтезу функциональных магнитных наноматериалов биомедицинского назначения.

Инфраструктура лаборатории позволяет проводить комплексные исследования наногибридных материалов, включающие химический синтез и изучение физико-химических свойств. Впервые на базе НИТУ «МИСиС» созданы условия для биологических исследований наногибридных материалов. По результатам исследования в 2014–2017 гг. опубликовано 40 статей.

Исследования лаборатории носят международный характер, ведется активное сотрудничество с Ноттингемским университетом (Великобритания), университетом города Дуйсбург (Германия), Центром наномедицины и доставки лекарств медицинского центра университета Небраски (США), Университетом штата Северная Каролина (США), Массачусетским институтом технологии (MIT, США).

Лаборатория «Биомедицинские наноматериалы» ведет исследования в следующих направлениях:

  • Комплексные исследования магнитных и магнитоэлектрических наночастиц различного размера, морфологии и строения.
  • Разработка методов получения магнитных наночастиц типа ядро-оболочка, димерного и тримерного строения.
  • Применение магнитных наноматериалов в качестве контрастных агентов для МРТ диагностики онкологических патологий головного мозга, печени, предстательной железы.
  • Разработка теоретических и практических подходов управления биологическими процессами низкочастотным магнитным полем.
  • Исследование мультифункциональных наногибридных материалов, обладающих противоопухолевым эффектом.
  • Разработка методов получения гибридных магнитных материалов на основе фотодинамических агентов и их применение для ФДТ терапии опухолей.

Проведенные экспериментальные исследования in vitro по разработке эффективной технологии доставки миРНК к мРНК ApoB на основе липидоподобных (использования холестерина в качестве модулятора фармакокинетических свойств и применение катионных липидов) магнитных наночастиц в печень для терапии гиперлипидемии показали, что под действием низкочастотного переменного магнитного поля наблюдается увеличение эффективности трансфекции на клеточных линиях гепатокарциномы человека — Huh7 и HepG2 по сравнению с эффективностью трансфекции без воздействия поля. Разработанные методы были апробированы in vivo на здоровых лабораторных животных, результаты исследований показали увеличение эффективности ингибирования целевого гена с помощью препарата на основе липидоподобных магнитных частиц с миРНК под действием переменного магнитного поля (относительно контроля без воздействия поля), а также снижение уровня холестерина под действием экспериментальных образцов. Также исследования in vivo показали, что липидоподобные наночастицы с миРНК эффективно накапливаются в целевом органе — печени (уровень накопления через 6 часов составляет более 85 % от введенной дозы —по анализу концентрации железа в тканях); к тому же наночастицы возможно отслеживать in vivo с помощью магнитно-резонансной томографии из-за их высоких контрастных свойств. Исследования проводились в рамках Соглашения о предоставлении Субсидии № 14.578.21.0201 от 29 сентября 2016 года. Уникальный идентификатор ПНИЭР RFMEFI57816X0201

Название проекта: «Разработка технологии персонализированной оценки и прогнозирования эффективности доставки наноформуляций противоопухолевых препаратов с использованием комплекса интравитальных методов исследования» (в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса на 2014-2020 годы»). Соглашение № № 14.575.21.0147. Уникальный идентификатор работ (проекта) RFMEFI57517X0147.

Цель исследования

Основной целью проекта является разработка технологии персонализированной оценки и прогнозирования эффективности доставки наноформуляций противоопухолевых препаратов с использованием комплекса интравитальных методов исследования

Для достижения указанной цели на 2-м этапе решались следующие задачи: разработать методику оценки цитотоксичности экспериментальных образцов наночастиц и провести соответствующие исследования; изготовить экспериментальный образец ИВМ-модуля и ИВЭХ-модуля и провести их; провести исследования фармакокинетики in vivo экспериментальных образцов МК-диагностикумов и липосом; разработать методику получения ортотопической и гетеротопической модели опухоли для интравитальной микроскопии; разработать методику проведения интравитальной микроскопии в опухоли; исследовать особенности опухолевых сосудов in vivo; разработать методику оценки экстравазации наночастиц в опухоли методом ИВМ и провести соответствующие исследования; разработать методику оценки диффузии наночастиц в опухоли методом ИВМ и провести соответствующие исследования; разработать методику оценки пространственно-временной аккумуляции наночастиц в опухоли методом ИВМ и провести соответствующие исследования; разработать методику оценки накопления платины в опухолях методом электрохимии in vivo и провести соответствующие исследования; разработать методику оценки гипоксии и концентрации активных форм в опухолях методом электрохимии in vivo и провести соответствующие исследования; разработать методику оценки уровня кислотности в опухолях методом электрохимии in vivo и провести соответствующие исследования; провести сравнительный анализ эффекта повышенной проницаемости и ухудшенного лимфодренажа в различных опухолевых моделях.

Результаты этапа 2 работы:

  • Разработана методика оценки цитотоксичности экспериментальных образцов наночастиц и показано, что в концентрациях, планируемых для использования in vivo образцы не токсичны.
  • Изготовлены экспериментальные образцы ИВМ-модуля и ИВЭХ-модуля и показано, что они пригодны для выполнения исследований по проекту.
  • Проведены исследования фармакокинетики липосом с помощью интравитальных методов исследования и показано, что скорость полувыведения препаратов составляет примерно 78 минут, а основными органами, накапливающими НЧ являются печень и селезенка.
  • Разработана методика получения ортотопической и гетеротопической модели опухоли для интравитальной микроскопии, которая легла в основу прижизненных исследований EPR-эффекта.
  • Разработана методика проведения интравитальной микроскопии в опухоли и показано, что для опухолей 22Rv1 характерна высокая степень прорастания сосудов в опухоль, тогда как в моделях 4Т1 и В16 развитая сосудистая сеть наблюдается в основном на границе со здоровыми тканями.
  • Разработана методика оценки экстравазации наночастиц в опухоли методом ИВМ и идентифицировано два типа утечек (локальные и обширные), при этом количество утечек в опухолях 4Т1 и В16 выше, чем в 22КМ1.
  • Разработана методика оценки диффузии наночастиц в опухоли методом ИВМ и показано,что диффузия наблюдается в опухолях 4Т1, реже — в меланоме В16 и не наблюдается в опухолях 22Rv1.
  • Разработана методика оценки пространственно-временной аккумуляции в опухоли методом ИВМ и показано, что накопление НЧ чаще происходит на периферии опухоли и коррелирует с присутствием нейтрофилов.
  • Разработаны методики оценки накопления платины, гипоксии, концентрации активных форм кислорода и уровня кислотности в опухолях методом электрохимии in vivo и показана значительная вариабельность по данным показателям, как межгрупповая, так и в различных локусах одной опухоли.
  • Проведен сравнительный анализ эффекта повышенной проницаемости и ухудшенного лимфодренажа в различных опухолевых моделях и модель 4Т1 выбрана для дальнейших исследований на 3-м этапе проекта, так как, с одной стороны, опухоль характеризуется выраженным накоплением липосом, с другой — обладает высокой внутригрупповой вариабельностью по EPR-эффекту.