Вирусы и липидные частицы
Векторные вакцины «Спутник V» и Astra Zeneca в качестве такого транспортного средства использовали аденовирусы. Аденовирус способен проникнуть в клетку и протащить за собой генетический материал S-белка коронавируса.
Российские и британские ученые воспользовались методом, который был создан задолго до пандемии и использовался для генной терапии рака и ряда других заболеваний, связанных с генетическими нарушениями.
Молекулярные биологи США и Германии пошли другим путем. В качестве транспортного средства для мРНК спайкового белка коронавируса они использовали липидные наночастицы. Их создатель, американская компания Alnylam Pharmaceuticals, впервые применила такой способ доставки в своем препарате онпаттро, предназначенном для лечения редкого наследственного заболевания – транстиретинового амилоидоза у взрослых. Липидные наночастицы использовались для доставки в клетку интерферирующей РНК, позволяющей расщепить собственную РНК пациента с губительной мутацией.
Как всегда в медицине – ложка дегтя
В августе 2022 года стало известно, что двое маленьких детей в России и в Казахстане погибли от острой печеночной недостаточности, которая развилась у них в течение пяти-шести недель после введения препарата золгенсма от спинальной мышечной атрофии, редкого и неизлечимого до недавнего времени орфанного заболевания. Это генно-инженерный препарат, в котором в качестве средства доставки в клетку используется аденоассоциированный вирус.
Компания Novartis обращает внимание на то, что в одном из случаев ребенок был старше по возрасту, чем в показаниях для применения золгенсмы, а в сопровождающих документах указано, что чем старше ребенок, тем выше вероятность осложнений при его применении.
Эксперты отмечают, что случаи тяжелых осложнений при введении аденоассоциированных препаратов генной терапии уже встречались, причем и в других случаях – включая четыре смертельных исхода – тоже страдала печень пациентов.
Не путайте аденовирус и аденоассоциированный вирус!
Аденовирусы – семейство ДНК-содержащих вирусов позвоночных, лишенных липопротеиновой оболочки. Наиболее известны аденовирусы, вызывающие острые респираторные заболевания. Они используются в качестве вирусного вектора для генной терапии благодаря их способности реплицироваться в делящихся и неделящихся клетках. Пример – вакцины «Спутник V» и Astra Zeneca.
Аденоассоциированный вирус – малый вирус, инфицирующий клетки человека. Считается, что сам по себе он не вызывает заболевания у человека и, соответственно, вызывает слабый иммунный ответ. При этом он проникает в делящиеся и неделящиеся клетки и может встраивать свой геном в геном хозяина, что и делает его подходящим вирусным вектором для генной терапии. Пример – золгенсма.
Пока что американское государственное агентство FDA решило не отзывать сертификат одобрения таких препаратов в силу того, что они применяются для чрезвычайно редких терминальных болезней, другого лечения от которых нет. На сегодняшний день дозы золгенсмы получили более 2300 детей в 43 странах мира, включая Россию.
Компания Novartis сейчас работает над совершенствованием технологии введения золгенсмы интратекально, то есть не в ток крови, вместе с которой препарат поступает к разным органам, а непосредственно в цереброспинальную жидкость. Разработчики препарата надеются таким образом избежать негативного влияния препарата на печень.
Есть и проблемы с липидными наночастицами. При том, что такой способ доставки позволяет снизить дозу препарата и, соответственно, его потенциальную токсичность для организма, сами липидные наночастицы в некоторых случаях могут вызывать негативные побочные эффекты, поэтому ученые продолжают работать над совершенствованием этой технологии.
Еще одна проблема – недостаточная стабильность препаратов, в которых терапевтический агент доставляется в живую клетку при помощи липидных наночастиц.
Вакцины компаний Moderna и Pfizer требуют особых условий транспортировки. Они должны постоянно находиться при температуре –70°C, что сильно усложняет и удорожает логистику.
В настоящее время создатели вакцин работают над повышением их стабильности. Им уже удалось повысить ее при 4°C с пяти дней до одного месяца.
Лекарство для капризного органа
Группа исследователей больницы при Гарвардской медицинской школе под руководством Вэя Тао работает над созданием транспортного средства для лечения рака мочевого пузыря. Сложность с этим конкретным органом заключается в том, что практически любой терапевтический агент вымывается из него мочой.
Тао и его коллеги занялись созданием такой наночастицы, которая бы достаточно прочно прикреплялась к слизистой мочевого пузыря и давала бы шанс лекарству произвести свою работу. Действующее вещество направлено на активацию лизин-специфической деметилазы (KDM6A), которая подавляет рост опухоли в мочевом пузыре.
Ученые использовали уже существующую липидную наночастицу, но покрыли ее специальным слоем из полиэтиленгликоля, который был создан при помощи молекулярной инженерии специально с целью связывания со слизистой оболочкой.
В опыте на мышиной модели такой способ доставки продемонстрировал свою эффективность: наночастицы прикреплялись к слизистой, а их «начинка» замедляла рост опухоли.
Те же мыши, которые получили препарат без защитного внешнего слоя, довольно быстро сбрасывали его с мочой и не демонстрировали улучшений.
Как говорят ученые, праздновать успех пока рано, так как необходимо разработать дизайн эксперимента у людей и провести клинические испытания, однако уже сейчас можно говорить о том, что на языке ученых называется доказательством правильности концепции.
Внутривенно и перорально
Внутривенное введение препарата считается самым эффективным, за исключением тех случаев, когда лекарство не должно поступать в ток крови (например, вакцины). Таблетки же гораздо более удобны для пациента, однако они медленно проникают в кровь и, соответственно, терапевтический эффект замедляется. При этом снижается биодоступность лекарственного средства, ведь значительная его доля не успевает достигнуть своей цели, так как еще до этого выводится печенью.
Профессор Гарвардского университета Самир Митраготри и его коллеги работают над тем, чтобы использовать в качестве средства доставки препарата эритроциты, то есть красные кровяные тельца крови. Экспериментаторы смешивают с эритроцитами липидные наночастицы, уже соединенные с лекарственным средством, что облегчает для них проникновение в ткани организма.
Ученые предполагают использовать такой способ доставки для малых молекул, биоаналогов и мРНК.
В то же время, нам не всегда важно, чтобы препарат быстро попал из желудочно-кишечного тракта в кровяное русло. Если мы лечим желудок или кишечник, у нас прямо противоположная цель – замедлить его всасывание в кровь, так как действие препарата требуется именно в одном из этих органов.
Чтобы достичь этого, группа Митраготри экспериментирует с бактерией Spirulina platensis в качестве транспортного средства для куркумина, известной биологической добавки. Они растворили куркумин в этаноле, разбавили водой и добавили суспензию S. Platensis, после чего в течение 12 часов полученную смесь встряхивали.
Известно, что Spirulina platensis задерживается тонкими ворсинками внутренней слизистой оболочки кишечника и прикрепляется к ней, при этом действие препарата продляется и достигает своей цели. Экспериментаторы уже попробовали таким образом доставить куркумин в кишечники мышей, страдающих острым колитом, где он снизил воспаление.
Новая биотехнологическая платформа «Сдавливание клетки»
Забавное название, но именно так переводится Cell Squeeze. Под таким именем запатентовал ее автор платформы, доктор Армон Шарей, исполнительный директор биотехнологической компании SQZ Biotechnologies.
Почти случайно Шарею удалось обнаружить, что мембраны клетки при ее прохождении через узкий коридор под воздействием сдавливания раскрываются. Это хороший шанс через отверстие в мембране ввести в клетку необходимый терапевтический агент.
Большое преимущество этого метода заключается в том, что в качестве транспортного средства используются собственные клетки больного, что делает терапию значительно более безопасной, чем при использовании других транспортеров.
«Мы берем у пациента мононуклеарные клетки периферической крови и используем разработанный нами метод, чтобы загрузить в них антигены злокачественной опухоли. Мы начали работу с опухолей, позитивных по вирусу папилломы человека (ВПЧ)», – говорит Армон Шарей.
Клетки с «начинкой» из антигенов вводятся инъекционно пациенту и активируют Т-киллеры иммунной системы, которые, в свою очередь, атакуют опухоль.
Компания уже получила одобрение FDA для проведения клинических испытаний клеточной терапии, направленной на лечение пациентов с опухолями, вызванными ВПЧ.
Источники:
Why drug delivery is the key to new medicines
SQZ Biotech’s Unique Technology Squeezes Cells to Transform Them into Therapeutics
Novartis reports two liver-related deaths with Zolgensma
Коллажи Дмитрия Петрова
