Исследователи Сколтеха и их коллеги провели эксперимент in vitro, в котором продемонстрировали возможность стимулировать рост нейронов в гиппокампе, используя биоразлагаемые нанокапсулы для доставки к нейронам фактора роста нервов (NGF), необходимого для этого нейропептида. Статья с описанием результатов исследования опубликована в журнале Pharmaceutics.
В медицине известно немало нейродегенеративных состояний, способных приводить к развитию тяжелых заболеваний и связанных со снижением уровней так называемых факторов роста в головном мозге. Факторы роста – нейропептиды – способствуют росту, развитию и выживанию нейронов. В некоторых клинических исследованиях болезней Альцгеймера и Паркинсона было показано, что терапевтического эффекта можно добиться, доставляя эти факторы роста к конкретным дегенерирующим нейронам, однако решить эту задачу на практике оказалось довольно сложно. Попадая в системный кровоток подобно обычным медицинским препаратам, они могут не преодолеть гематоэнцефалический барьер и вызвать серьезные побочные эффекты. Если для доставки нейропептидов использовать вирусы для генной терапии, то прекратить начатое лечение не так легко, что также вызывает опасения по поводу его безопасности.
Исследователи из Сколтеха и Лондонского университета королевы Марии Ольга Синдеева и Глеб Сухоруков и их коллеги предложили метод адресной доставки одного из нейропептидов, фактора роста нервов, в микрокапсуле средним размером от 2 до 3 мкм точно до «места назначения». В качестве материалов для капсулы использовали поли-L-аргинин и декстран, а для ее изготовления применили послойную технологию: тончайшие пленки наносились слой за слоем, постепенно образуя капсулу. В предыдущих исследованиях было показано, что такие капсулы обладают биосовместимостью: при их использовании на срезах тканей человека и на грызунах заметных побочных эффектов выявлено не было.
«Главное преимущество технологии послойной инкапсуляции (LbL) – ее универсальность, а, следовательно, возможность адаптации оболочки капсулы под различные функции и различные типы грузов. Кроме того, в отличие от многих других методов инкапсуляции, инкапсуляцию LbL можно проводить в водной среде, что особенно актуально для таких хрупких молекул, как пептиды, белки и факторы роста», – отмечает Глеб Сухоруков.
Ученые провели эксперимент на культурах нейронов гиппокампа крысы и проанализировали результат доставки к нейронам микрокапсул с нейропептидами: оказалось, что рост нейронов заметно усилился, причем новые нейтроны стали появляться именно вблизи микрокапсул с NGF. Также было установлено, что NGF способствует более активному ветвлению нейритов: результатом этого процесса является образование основных функциональных элементов нейрона – аксонов и дендритов. Наконец, было показано, что у нейронов, обработанных микрокапсулами NGF, появляется способность образовывать функциональные синапсы. Если предложенный метод будет работать и в клинических условиях, то процесс нейродегенерации, свойственный многим заболеваниям, может стать обратимым.
«Свойства микрокапсул LbL можно настраивать под конкретные применения. Такие особенности микрокапсулы, как биосовместимость, биоразлагаемость и контролируемость доставки NGF определяются типом полимера, из которого создается оболочка капсулы. Обеспечить контролируемую доставку также можно, воздействуя на капсулу при помощи, например, ультразвука, лазерного излучения или магнитного поля», – поясняет Глеб Сухоруков.
Исследователи планируют протестировать предлагаемую технологию контролируемой доставки NGF на предмет ее использования для ускоренного восстановления после травм, вызывающих повреждения нервной ткани. Как было показано в предыдущих исследованиях, аналогичный подход можно применять в отношении других факторов роста, в частности, основного фактора роста фибробластов – белка, участвующего во многих биологических процессах, включая эмбриональное развитие и восстановление тканей.
Исследование проводилось с участием специалистов Университетского колледжа Лондона и Саратовского государственного университета.
*****
Сколтех – негосударственный международный университет. Созданный в 2011 году в сотрудничестве с Массачусетским технологическим институтом (MIT), Сколтех готовит новое поколение лидеров в области науки, технологий и бизнеса, проводит исследования в прорывных областях и содействует технологическим инновациям с целью решения важнейших проблем, стоящих перед Россией и миром. Сколтех развивает шесть приоритетов: наука о данных и искусственный интеллект, науки о жизни и здоровье, современные методы проектирования и перспективные материалы, энергоэффективность, фотоника и квантовые технологии, перспективные исследования. Усилия Сколтеха призваны способствовать укреплению технологического превосходства России в приоритетных направлениях.
