Сотрудники химического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова разработали основу для новых наноразмерных препаратов, нанозимов, которые могут быть использованы в качестве эффективных защитных средств от воздействия нейротоксичных фосфорорганических соединений: пестицидов и боевых отравляющих веществ.
Химики МГУ создали основу для антидота против химоружия и пестицидов

Группа ученых химического факультета МГУ под руководством профессора Александра Кабанова в рамках мегагранта сконцентрировала свои исследования на адресной доставке в организм ферментов, способных разрушать токсичные фосфорорганические соединения, с помощью нанозимов. Разработка первых наноразмерных препаратов началась более 30 лет назад, и уже в 90-е годы на рынке появились первые нанопрепараты для лечения рака. Первые такие нанозимы были основаны на липосомах — сферических полых включениях, имеющих один или несколько липидных бислоев. Основу разработанных химиками МГУ нанозимов составляет химически модифированный синтезированный в МГУ фермент и биоразлагаемый полимер на основе одной из аминокислот (глутаминовая кислота).

«В конце 80-х моя группа (тогда в Москве) и независимо коллеги в Японии под руководством профессора Казунори Катаоки из Университета Токио стали использовать полимерные мицеллы для доставки маленьких молекул. В 2006 году лекарство на основе полимерных мицелл, разработанное корейской компанией Самьянг, было разрешено к использованию. К этому времени область наномедицины, что называется, взорвалась. В настоящее время буквально сотни лабораторий по всему миру работают в этой области, применяя самые различные подходы для создания подобных наноразмерных препаратов», рассказывает один из авторов публикации, профессор кафедры химической энзимологии химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, доктор химических наук Александр Кабанов. Результаты его исследования опубликованыM в журнале Journal of Controlled Release

Группа профессора Кабанова, переехавшая в США в 1994 году, сосредоточилась на создании полимерных мицелл, которые могли бы включать в себя биополимеры за счет электростатических взаимодействий. Изначально химиков интересовало использование мицелл для доставки РНК и ДНК, позднее ученые активно занялись использованием этого подхода для доставки белков, в частности ферментов, в мозг. «Я тогда работал в Медицинском центре Университета Небраски в Омахе (США), и к 2010 году у нас уже был очень большой задел в этом направлении. Поэтому, когда моя коллега с кафедры химической энзимологии МГУ, профессор Наталья Клячко, предложила мне подать заявку на первый конкурс мегагрантов, направление исследований новой лаборатории было на поверхности: использовать наш принцип доставки, который мы назвали «нанозим», для «улучшения» ферментов, разработанных коллегами в МГУ с целью их дальнейшего медицинского применения», поясняет Александр Кабанов.

В качестве доставляемого фермента ученые вместе с группой энзимологов МГУ под руководством доктора химических наук. Елены Ефременко выбрали органофосфатгидролазу, которая может расщеплять токсичные пестициды и боевые отравляющие вещества. Однако ее недостатком является бактериальное происхождение и, как следствие, иммунный ответ при введении в организм млекопитающих, а также малая стабильность и быстрое выведение из организма. Химики решили эту проблему, применив «сборочный» подход: в результате включения фермента органофосфатгидролазы в нанозим снижается иммунный ответ, существенно увеличивается стабильность фермента при хранении и увеличивается время его жизни после введения в организм. В экспериментах на крысах, описание которых были опубликованы в научной статье, было доказано, что препарат эффективно защищает организм от летальных доз высокотоксичных пестицидов и даже боевого отравляющего вещества, например VX-газа.

Схема взаимодействия наночастиц с биологическими молекулами Источник: Wikimedia Commons

«Очень важным является простота нашего подхода: нанозим органофосфатгидролазы получается простым смешением водных растворов высокоочищенного фермента и безопасного биосовместимого полимера. Этот нанозим самособирается за счет электростатических взаимодействий между белком (ферментом) и полимером», резюмирует Александр Кабанов. По словам ученого, простота и технологичность подхода в сочетании с полученными результатами на животных дают надежду на то, что этот препарат может быть успешным и в клиническом применении. В работе приняли участие сотрудники химического факультета МГУ, а также ученые из 27-ого Центрального научно-исследовательского института Министерства обороны Российской Федерации и Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл, США.

Материалы предоставлены пресс-службой МГУ.