Введение к работе
Актуальность темы. Современная биотехнология позволяет производить широкий спектр целевых продуктов и препаратов для различных сфер человеческой деятельности. Одним из продуктов биотехнологии являются полигидроксиалканоаты (ПГА) -полимеры гидроксипроизводных алкановых кислот, которые синтезируются микроорганизмами в специфических условиях несбалансированного роста ПГА обладают широким спектром ценных свойств, включая биосовместимость и биоразрушаемость без образования токсичных продуктов, и перспективны для различных сфер применения, включая медицину и фармакологию.
Применение биоразрушаемых полимеров в качестве носителя (матрикса) для депонирования и долговременной доставки лекарственных средств является актуальным и быстро развивающимся направлением современной биотехнологии и экспериментальной фармакологии. Разрабатываемые в настоящее время долговременные лекарственные системы (в англоязычной литературе - "drug delivery systems", DDS) продлевают действие и увеличивают биодоступность лекарственного вещества, обеспечивают направленный транспорт препарата к очагу патологического процесса, а также снижают возможные побочные эффекты (Dutta et al., 2007). Ключевым моментом для создания таких систем является материал, используемый в качестве матрикса Материалы, необходимые для конструирования долговременных лекарственных форм, должны быть безвредшл для организма и обладать комплексом физико-механических и медико-биологичесюгх свойств, включая биосовмеешмость и биоразрушаемость.
Исследование ПГА в качестве носителей биологически активных соединений и лекарственных препаратов началось сравнительно недавно, с начала 90-х годов XX века, и в настоящее время проводится все более активно, однако полученные результаты противоречивы и многие аспекты нуждаются в детальных исследованиях, включая следующие: как влияет химический состав ПГА и технология изготовления на структуру и размеры матриксов; как зависит характер выхода препарата от свойств матриксов; какими способами можно вводить разработанные лекарственные формы (подкожно, внутримышечно, внутривенно) без негативных последствий для организма
Цель и задачи исследования. Целью работы является исследование полигидроксиалканоатов в качестве матриксов для депонирования и доставки лекарственных средств; оценка их биосовместимости и функциональных свойств.
Для достижения цели сформулированы следующие задачи:
Исследовать и разработать условия для изготовления полимерных матриксов из ПГА для депонирования препаратов в виде прессованных объемных форм, пленок и микрочастиц.
Изучить динамику выхода препаратов из полимерных матриксов в системах in vitro в зависимости от химического состава полимера, размера и формы матрикса, массовой доли и молекулярного веса депонированного препарата.
Исследовать биосовместимость матриксов из ПГА в виде микрочастиц при различных способах введения лабораторным животным.
Оценить лекарственную эффективность разработанной с применением ПГА долговременной формы цитостатического препарата на примере животных с привитой асцитной карциномой Эрлиха (АКЭ).
Научная новизна. Впервые проведены комплексные исследования, отражающие взаимосвязь между химическим составом ПГА, техникой изготовления и характеристиками матриксов. Установлено, что главными факторами, влияющими на размеры микрочастиц, являются способ микронизации эмульсии, скорость перемешивания эмульсии, концентрация раствора ПГА. На морфологию поверхности микрочастиц влияет химический состав ПГА и дополнительное введение полютиленгликоля к раствору ПГА. Выход препаратов из ПГА матриксов в системах in vitro происходит в основном за счет диффузии и зависит от формы и размеров полимерного матрикса, химического состава полимера, величины включения и молекулярной массы депонированного препарата. В экспериментах на лабораторных животных доказана биологическая безопасность и возможность длительного функционирования микрочастиц из ПГА при различных способах введения. На примере животных с привитой АКЭ показана противоопухолевая эффективность разработанной лекарственной формы щггостатического препарата, депонированного в микрочастицы из ПГА.
Практическая значимость. Полученные результаты являются научной основой для разработки лекарственных форм препаратов с пролонгированным действием на основе биосовместимых и биоразрушаемых полимеров (ПГА).
Положения, выносимые на защиту:
Разработаны способы получения полимерных матриксов из ПГА различных размеров и геометрии.
Выход препаратов из полимерных матриксов в системах in vitro возрастает при уменьшении размеров полимерного матрикса, увеличении содержания 3-гидроксивалерата в сополимере ЗПГБ/ЗПГВ, увеличении массовой доли препарата в матриксе, уменьшении молекулярной массы депонированного препарата, а также при использовании пористых матриксов.
3. Отсутствие негативных реакций со стороны организма свидетельствует о
биосовместимости микрочастиц из ПГА и возможности введения внутримышечно,
внутривенно, віг/трибрюшинно. Зарегистрированное наличие неразрушенного
полимерного матрикса в мышечных тканях и внутренних органах подтверждает
целостность микрочастиц in vivo (до 12 недель и более).
4. Разработанная форма цитостатического препарата, депонированного в
полимерный матрикс в виде микрочастиц, при однократном внугрибрюшинном введении
ингибирует пролиферативную активность АКЭ и позволяет вводить препарата местно,
без негативных реакций, характерных для свободного рубоминина.
Работа выполнена в рамках плановой тематики НИР Института биофизики СО РАН № госрегистрации 01.200703092, а также при поддержке Министерства образования и науки РФ и Американского фонда гражданских исследований и развития CRDF (грант Р1МО002), РФФИ (грант №07-08-96800), грант Carl Zeiss доя поддержки молодых ученых ведущих университетов РФ №1/11.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на IX и X Международных школах-конференциях студентов и молодых ученых «Экология Южной Сибири и сопредельных территорий» (Абакан 2005, 2006), XLIV Международной научной студенческой конференции (Новосибирск 2006), 4th European Symposium on
Biopolymers ESBP07 (Turkey, Kusadasi, 2007), конференции молодых ученых КНЦ СО РАН (Красноярск 2008), IV Съезде Российского общества биохимиков и молекулярных биологов (Новосибирск, 2008), XVI International Conference on Bioencapsulation (Ireland, Dublin, 200 8), 22 European Conference on Biomaterials (Switzerland, Lausanne, 2009).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 18 работ, из них 9 статей в центральных РФ и зарубежных журналах, включая 4 статьи в журналах, входящих в список ВАК.
Вклад автора. Проведение экспериментов, обработка и анализ полученных результатов, подготовка публикаций.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов и списка использованных литературных источников. Работа изложена на 152 страницах машинописного текста, содержит 51 рисунок и 10 таблиц. Список цитируемой литературы насчитывает 180 источников, в том числе 167 иностранных.
