Наночастицы изменят лечение артроза в будущем

На микрофотографии видно, как через 6 дней после инъекции наночастицы с IGF-1 (синим цветом) проникают внутрь суставного хряща

Сегодня артроз — это необратимое прогрессирующее заболевание суставов, поражающее от 6 до 10% населения развитых стран. Хотя мы можем повлиять на воспаление и облегчить боль, гарантированно остановить (или обратить вспять) разрушение суставов медицина не в силах.

Инженеры Массачусетского технологического института (MIT) предлагают революционный способ доставки лекарственных веществ, который позволит использовать в терапии немыслимые ранее молекулы.

Созданные ими наночастицы носители могут проникать вглубь хряща, доставляя инсулиноподобный фактор роста IGF-1 и другие стимуляторы регенерации клеток. По мнению экспертов, эта технология действительно способна остановить артроз, даже не прибегая к манипуляциям с ДНК (генной терапии).

«Это способ напрямую подобраться к поврежденным клеткам, доставляя различные лекарственные вещества и изменяя их поведение», — утверждает доктор Пола Хаммонд (Paula Hammond), руководитель отделения химической технологии MIT и автор проекта.

Ученые испытали на крысах экспериментальное лекарство — тот самый инсулиноподобный ростовой фактор. Этот природный стимулятор отлично усваивался и замедлял дальнейшее разрушение суставов.

Подробности работы публикует Science Translational Medicine.

Ростовой фактор работает внутри сустава

Ученые давно знают, что IGF-1 способствует регенерации хряща у животных.

Проблема заключается в том, что многие успешные экспериментальные лекарства ведут себя совершенно иначе в реальных клинических условиях, с треском проваливая многообещающие испытания.

Инсулиноподобный фактор роста быстро «вымывается» из сустава, не успевая достигнуть глубоких слоев хрящевой ткани и подействовать на клетки-мишени. Чтобы решить эту проблему, нужен новый носитель.

Таким носителем стала сферическая наночастица, состоящая из множества разветвленных структур (дендримеров) с ядром посередине сферы.

Молекула несет положительный заряд на конце каждого дендримера, благодаря чему она притягивается к отрицательно заряженным структурам хряща.

Некоторые из этих ответвлений можно заменить коротким гибким водорастворимым полимером — полиэтиленгликолем (ПЭГ). Поэтому ученые «нагрузили» цепочки ПЭГ ростовым фактором и просто соединили их с наночастицами. Вуаля — теперь IGF-1 начал связываться с хрящом и задерживаться там.

Остается ввести полученный препарат внутрь больного сустава.

Лекарственное вещество будет, конечно, выводиться, но гораздо медленней обычного. Благодаря гибкости молекул ПЭГ, наноструктуры будут на короткое время отсоединяться от ткани, проникая все глубже и глубже — это и было целью проекта.

«Мы разработали лучший способ доставки лекарства внутрь сустава благодаря оптимальному заряду частиц, позволяющему открепляться и диффундировать все глубже, а не застревать на поверхности», — поясняют изобретатели.

Период полувыведения препарата из хрящевой ткани увеличился до четырех дней — это в 10 раз больше по сравнению с инъекцией обычного ростового фактора.

Как только молекулы IGF-1 окажутся на месте, они свяжутся с рецепторами хондроцитов и увеличат синтез протеогликанов — «кирпичиков» суставного хряща и соединительной ткани. Также ростовой фактор стимулирует клеточное деление и продлевает жизнь хряща в неблагоприятных условиях.

Восстановить хрящ — новая цель лечения артроза

Сегодня при артрозе мы стремимся хотя бы уменьшить боль и приостановить развитие болезни. Завтра медицина обещает больше — восстановить хрящ.

Благодаря тому, что терапевтический эффект IGF-1 теперь будет продолжаться около 30 дней после инъекции, мы впервые сможем контролировать артроз на протяжении длительного времени, равномерно и эффективно.

В опытах на крысах введение нанопрепарата 1-2 раза в месяц существенно ограничивало повреждение хряща, воспаление и формирование остеофитов.

Хрящ в суставах крысы всего лишь 100 микронов толщиной, но исследователям на микрофотографиях удалось показать, как IGF-1 диффундирует на глубину в десять раз больше — этого достаточно для успеха при лечении людей.

«Работа была очень тяжелой. Перспективные лекарства оказываются бесполезными у людей, потому что они не проникают в хрящевую ткань. Когда вы начинаете думать о переносе технологии в клиническую практику, эти попытки разбиваются о толщину человеческого хряща», — говорят авторы.

Теперь путь к успешному лечению артроза открыт, и сотрудники MIT задумались о наночастицах с новыми молекулами — биологическими противовоспалительными агентами и даже нуклеиновыми кислотами (ДНК и РНК).