Ученые синтезировали наночастицы-антиоксиданты для лечения инсульта и травмы спинного мозга

Международный научный коллектив разработал инновационный терапевтический комплекс на основе многослойных полимерных наноструктур антиоксидантного фермента супероксиддисмутазы. Новое вещество может использоваться для эффективной реабилитации после острых травм спинного мозга, инсультов и инфарктов.

Одной из самых разрушительных форм травм человеческого организма является травма спинного мозга, которая является серьезной клинической проблемой во всем мире. Помимо непосредственного поражения нервных волокон опасны и вторичные процессы, связанные с начальным повреждением, – перепроизводство свободных радикалов (активных форм кислорода) и развивающееся воспаление.

При ударе в случае с травмой позвоночника, или разрыве сосуда в случае инсульта (прекращение тока крови при спазме артерий или их закупорке при инфаркте) в ближайших тканях органа возникает гипоксия – патологический процесс, связанный с нехваткой кислорода. Это блокирует конечное звено дыхательной цепи в клетках и является причиной избыточного образования свободных радикалов. Они, в свою очередь, оказывают разрушительное влияние на клеточные мембраны и запускают цепь реакций, ведущих к повреждениям и смерти клеток и тканей. Эти осложнения приводят к дополнительному повреждению спинного мозга и смерти нейронов, усугубляя клиническую картину.

«Международной группе исследователей из университетов России и США, в состав которой вошел заведующий лабораторией «Биомедицинские наноматериалы» НИТУ «МИСиС», к.х.н Максим Абакумов, удалось найти решение проблемы патологического образования свободных радикалов в случае острой травмы позвоночника или инсульта. Инновационной терапевтический комплекс на основе синтезированных наночастиц-антиоксидантов поможет создать эффективную систему реабилитации. Результаты работы научной группы опубликованы в Journal of Controlled Release», – рассказала ректор НИТУ «МИСиС» Алевтина Черникова.

Эффективным естественным поглотителем свободных радикалов является особый фермент-антиоксидант супероксиддисмутаза (SOD1). Оперативная доставка вещества к поврежденному органу может смягчить окислительный стресс на фоне избытка свободных радикалов и купировать процесс разрушения тканей. Однако значительной проблемой является неустойчивость фермента в кровотоке при внутривенном введении пациенту: он быстро разрушается, не успевая провести свою «работу» по нейтрализации свободных радикалов.

«С целью создать устойчивый терапевтический комплекс на основе SOD1 мы разработали каталитически активные наноформы супероксиддисмутазы, так называемые «нанозимы», – рговорит один из авторов разработки, заведующий лабораторией «Биомедицинские наноматериалы» НИТУ «МИСиС», к.х.н Максим Абакумов. – В частности, мы впервые в мире получили химически «сшитый» многослойный полиионный комплекс SOD1, в который впервые дополнительно было введено поверхностное покрытие из блок-сополимера и ПЭГ-полиглутаминовой кислоты».

Эта уникальная пористая полимерная капсула с молекулой фермента внутри имеет размер примерно в 40-50 нанометров и способна пропускать внутрь свободные радикалы и нейтрализовать их по принципу «многоразовой ловушки».

«Нами были разработаны нанозимы с высокой ферментативной активностью и способностью сохранять и защищать SOD1 в физиологических условиях, которые увеличивают время циркуляции активного SOD1 в крови по сравнению со свободными молекулами SOD1. Период полувыведения вещества составлял 60 против 6 мин», - добавляет Максим Абакумов.

В ходе экспериментальных испытаний вещества научный коллектив под под руководством профессора Университета Северной Каролины д.х.н Александра Кабанова получил следующие лабораторные результаты: однократная внутривенная инъекция нанозимов, содержащая 5000 у.е. SOD1 на 1 кг веса, улучшила восстановление локомоторных (двигательных) функций у крыс с умеренной травмой спинного мозга, а также снижение отечности, сопутствующее сжатие спинного мозга и образование посттравматических кист.

Таким образом, успешное тестирование модели нанозимов фермента SOD1 на грызунах доказало перспективность вещества для удаления свободных радикалов, уменьшения воспаления и отека, а также и ускорения реабилитации после травмы спинного мозга, инсульта и инфаркта. В ближайшее время коллектив планирует завершить доклинические испытания.