Наночастицы показали себя как перспективное средство адресной доставки лекарств в клетки, но ученые Университета Джорджии (University of Georgia, UGA) усовершенствовали этот процесс, создав наноплатформу для доставки лекарств в митохондрии.

Шанта Дхар (слева), адъюнкт-профессор химии UGA, и аспирант
Шон Маррак (Sean Marrache) разработали наночастицы,
повышающие эффективность препаратов за счет их доставки
в митохондрии клеток.
(Фото: John Paul Gallagher/University of Georgia)

Сделав мишенями митохондрии, часто называемые энергетическими станциями клетки, исследователи повысили эффективность воздействующих на эти органеллы лекарственных препаратов, используемых для лечения рака, болезни Альцгеймера и ожирения, в экспериментах на клеточных культурах.

«Митохондрия – сложная органелла, которую очень трудно достичь, но наши наночастицы спроектированы так, что делают нужную работу в нужном месте»,  – говорит старший автор исследования Шанта Дхар (Shanta Dhar), PhD, адъюнкт-профессор химии Колледжа искусств и наук Франклина (Franklin College of Arts and Sciences) UGA.

Полученные доктором Дхар и ее соавтором, аспирантом Шоном Марраком (Sean Marrache), результаты опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Для проверки эффективности своей системы в борьбе с раком они инкапсулировали в частицы препарат лонидамин (lonidamine), механизм действия которого заключается в подавлении производства энергии в митохондриях, и, отдельно, одну из форм антиоксиданта витамина Е.

Обработав культуру раковых клеток, они установили, что таргетинг митохондрий повышает эффективность препарата более чем в 100 раз по сравнению с традиционным введением препарата и в 5 раз по сравнению с его доставкой с помощью наночастиц, но в межклеточное пространство.

Соединение куркумин является перспективным средством подавления образования амилоидных бляшек, являющихся признаком болезни Альцгеймера, но оно быстро разрушается в присутствии света и ферментами организма. Однако инкапсуляция куркумина в наночастицы, мишенью которых являются митохондрии, позволила восстановить способность выращенных в культуре клеток головного мозга к выживанию, несмотря на присутствие соединения, стимулирующего образование бляшек. Почти 100 процентов клеток, обработанных такими наночастицами, выжили. Цифры при обработке свободным куркумином и наночастицами, доставляющими куркумин за пределы клетки, были меньше (67 и 70% соответственно).

Наконец, ученые инкапсулировали в свои наночастицы препарат для борьбы с ожирением 2,4-DNP, работающий за счет снижения эффективности производства энергии в митохондриях. В результате образование жира в культуре клеток, известных как преадипоциты, сократилось на 67 процентов по сравнению с клетками, обработанными свободным препаратом, и на 61 процент по сравнению с клетками, обработанными наночастицами, доставляющими препарат за пределы клетки.

«С нарушением функции митохондрий связан целый ряд заболеваний, но многие из препаратов, воздействующих на митохондрии, не могут их достичь», – поясняет Маррак. «Вместо того чтобы изменять эти препараты, что может снизить их эффективность, мы инкапсулировали их в наши наночастицы и с большой точностью доставляем в митохондрии».

По словам доктора Дхар, доставка лекарств в митохондрии – далеко не простая задача. Войдя в клетку, наночастицы попадают в «сортировочный центр», известный как эндосома. Первое, что должны были продемонстрировать Дхар и Маррак, это то, что наночастицы способны «спастись» от эндосомы и не попадают в распоряжение лизосомы – центра очистки клетки от биохимического «мусора».

Сама митохондрия защищена двумя мембранами, разделенными интерстициальным пространством. Через внешнюю мембрану проходят молекулы только определенного размера, в то время как внутренняя мембрана пропускает молекулы с определенным поверхностным электрическим зарядом. Исследователи создали библиотеку наночастиц и тестировали их до тех пор, пока не определили оптимальный диапазон размеров – от 64 до 80 нанометров, или примерно в 1000 раз тоньше человеческого волоса, – и оптимальный поверхностный заряд – плюс 34 милливольта.

Составляющие наночастицы компоненты (полимеры) уже одобрены FDA, а методы их получения высокопродуктивны. Поэтому их клиническое использование весьма вероятно. Сейчас ученые заняты проверкой своей адресной системы доставки на грызунах, и предварительные результаты этих тестов обнадеживают.

Аннотация к статье

Engineering of blended nanoparticle platform for delivery of mitochondria-acting therapeutics