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 ведущих российских университетов среди ведущих мировых научно-образовательных центров (Проект
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
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
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
- разработать методику оценки цитотоксичности экспериментальных образцов наночастиц и провести соответствующие исследования;
- изготовить экспериментальный образец ИВМ-модуля и ИВЭХ-модуля и провести исследования;
- 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.