НАНОТЕХНОЛОГИЯ В БЛИЖАЙШЕМ ДЕСЯТИЛЕТИИ

Синтез и обработка наноструктур для переноса лекарств и генов

К. Леонг[24]

Почти половина лекарств, используемых в терапевтических целях, являются гидрофобными, что осложняет их практическое применение. Медицинская ценность этих препаратов может быть значительно повышена с помощью
уменьшения размеров частиц до нанометров. Такие частицы проходят через капилляры, и, следовательно, лекарства могут вводиться при помощи обычных внутривенных инъекций. Внедрение соответствующих нанотехнологий в фар­мацевтическую промышленность могло бы иметь важное значение.

Исследования генов определяют одно из самых перспективных направле­ний развития современной медицины. Основной задачей генной инженерии является разработка безопасных и эффективных переносчиков генов (так на­зываемых векторов), которые могли бы, подобно вирусам, переносить в клет­ки in vivo чужие гены. Поиски альтернативных, невирусных векторов ведутся уже давно. В опытах на животных была доказана эффективность использова­ния в качестве таких носителей наночастиц, образованных комплексами по - ликатионных липидов или поликатионных полимеров с ДНК. Комплексы типа липид-ДНК проходили клинические испытания, например, при пере­носе гена CFTR воздушным путем в легкие (для коррекции дефектов перено­са хлорида, приводящих к кистозному фиброзу). Такие содержащие ДНК частицы могут стать самыми распространенными носителями в генной ме­дицине.

Промышленное производство лекарств в виде однородных по размеру на­ночастиц, которые не образуют агрегатов в растворе, остается сложной техно­логической задачей, для решения которой необходимы фундаментальные и прикладные исследования. Новый, наносинтетический подход нужен для улучшения некоторых современных методик, в частности управляемой кри­сталлизации; усовершенствование способов измельчения и изменения разме­ров частиц также было бы полезным.

Возможно, нанотехнология поможет осуществить давнюю цель медиков — активную направленную доставку препарата в нужные органы или ткани. Эта концепция лечения (иногда ее называют концепцией «волшебной пули») уже испытывалась с растворимыми комплексами и с так называемыми «направля­ющими лигандами», конъюгированными с антителами. В литературе сообща­лось также о преодолении гематоэнцефалитического барьера наночастицами с полимерным покрытием и усилении лимфатического дренажа наночастицами для воздействия на лимфатические узлы. Дальнейшее развитие нанотехноло­гии должно повысить эффективность такого подхода благодаря как дальней­шему уменьшению размеров используемых наночастиц, так и разработке новых «направляющих лигандов», которые связываются с наночастицами, со­держащими лекарственные препараты. Наночастицы такого типа в молекуляр­ной биологии могут стать ценным инструментом исследований, связанных с клеточными процессами эндоцитоза и внутриклеточной миграции, в которых участвуют рецепторы. Еще одним важным применением этого метода может стать изменение форм проявления иммунногенности заданного вещества в иммунной системе организма-хозяина. Антиген, адсорбированный или ин­капсулированный наночастицами, может использоваться для оптимизации иммунного ответа организма при вакцинации.

Используемые в настоящее время невирусные векторы генов все еще очень несовершенны. В идеальном случае для эффективной трансфекции in vivo тре­буется разработка процессов создания наночастиц с регулированием всех па­раметров (состав, размер, полидисперсность, форма, стабильность, способ­
ность к инкапсуляции и направленность действия). Отдельная проблема — ор­ганизация синтеза частиц ДНК в достаточных количествах. Возможности ис­пользования наночастиц ДНК могут быть реализованы только при значитель­ных успехах нанотехнологии.

Для направленной доставки лекарственных препаратов и генов внутрь ор­ганизма требуется расширение и углубление фундаментальных исследований наносинтеза и обработки наночастиц. Представления о механизмах наносин - теза путем объединения комплексов остаются недоказанными. Для выбора поликатионных носителей и методов синтеза необходимо разработать теорети­ческую схему, описывающую и прогнозирующую процессы разделения фаз в полиэлектролитах. Четкая схема самосборки комплексов типа ДНК — полика­тион (например, комплекса липид — ДНК) позволит связать физико-химиче - ские свойства комплекса с эффективностью трансфекции. Детальный анализ биологического транспорта наночастиц указанного типа позволит выявить ме­ханизм и лимитирующие стадии процесса трансфекции. Для рационального проектирования доставки лекарственных препаратов и генов наночастицами необходимо лучше знать коллоидные свойства биологических жидкостей.