Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Приглашенный ученый Кабанов Александр Викторович США
Номер договора
11.G34.31.0004
Период реализации проекта
2010-2014
37
Количество специалистов
114
научных публикаций
15
Объектов интеллектуальной собственности
Общая информация

В рамках первого открытого правительственного конкурса мегагрантов, призванного привлечь в российские вузы ведущих ученых из-за рубежа, была создана лаборатория «Химический дизайн бионаноматериалов». Лабораторию возглавил профессор Университета Северной Каролины Александр Викторович Кабанов. Цель исследований - точечная доставка лечебного средства к больным тканям. Точечная доставка лекарств достигается за счет упаковки лекарства в "наноконтейнеры", которые высвобождают лекарственный препарат непосредственно в месте необходимого воздействия. Такое высвобождение лекарства может происходить пассивно, либо специально стимулироваться. Таким образом, эффективность лекарства повышается, а нежелательная токсичность и побочные эффекты, вызываемые им, снижаются.

Название проекта: Химический дизайн бионаноматериалов для медицинский применений

Приоритет СНТР: в

Цели и задачи

Направления исследований: Исследования в области наномедицины, разработка и создание бионаносистем и лекарственных препаратов направленного действия для лечения и диагностики широкого круга социально значимых заболеваний (болезни головного мозга, в том числе болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера, ишемический инсульт и другие нейродегенеративные заболевания; опасные глазные болезни, ведущие к слепоте; онкологические заболевания, бактериальные инфекции, травмы спинного мозга, нейротоксические поражения и др.)

Цель проекта: Создание нового поколения бионаносистем для медицинского применения на основе ферментов, полимерных покрытий и магнитных наночастиц


Практическое значение исследования
  • Разработаны серии наноформуляций (нанозимов) на основе ферментов-антиоксидантов в составе полиионных комплексов и конъюгатов, обладающих выраженным нейропротекторным и противовоспалительным действием, для лечения воспалительных заболеваний глаз и травматических поражений спинного мозга.
  • В рамках ФЦП «ФАРМА» успешно проведены доклинические исследования эффективности и безопасности действия созданного фармацевтического препарата на основе супероксиддисмутазы для лечения увеитов – острых воспалительных процессов в глазу, ведущих к слепоте. Разработаны проекты технологического регламента получения готовой лекарственной формы, проект фармакопейной статьи и проект брошюры исследователя.
  • Созданы теоретические и экспериментальные основы технологии дистанционного управления с помощью ультранизкочастотного магнитного поля с частотой 50 Гц функциями биополимеров и других макромолекул, иммобилизованных на магнитных наночастицах (МНЧ). Построены теоретические модели поведения функционализированных магнитных наночастиц в переменном магнитном поле (ПМП) в зависимости от характеристик наночастиц и параметров поля. Найдены диапазоны частот и амплитуд ПМП, обеспечивающие наиболее эффективное преобразование энергии поля в механическую деформацию макромолекул. Оценены пороговые параметры ПМП, необходимые для изменения активности молекул, прикрепленных к наночастицам, разрыхления липидных биомембран и контролируемого выпуска лекарств из липосомальных наноконтейнеров, а также для активации различных откликов и изменения функциональности клетки.
  • Выполнен ряд экспериментов с использованием оригинальных приборов, генерирующих магнитные поля и позволяющих проводить биохимические исследования воздействия магнитных полей in vitro, для подтверждения данных молекулярного моделирования. Установлено влияние переменного магнитного поля на каталитическую активность ферментов химотрипсина, β-галактозидазы, дрожжевой алкогольдегидрогеназы, супероксиддисмутазы (СОД1), иммобилизованных на функционализированных МНЧ.
  • Показана возможность контролируемого высвобождения лекарственных молекул из носителей на основе МНЧ с помощью однородного низкочастотного (негреющего) ПМП на примере фермента СОД1, нековалентно включенного в наночастицы магнетита, стабилизированные с помощью катионного блок-сополимера полилизин-полиэтиленгликоль.
  • Создана аппаратура для исследования биологических тест-объектов с помощью микроскопа в условиях воздействия на них магнитного поля. Разрабатываемая технология не только позволяет осуществлять контролируемый выпуск лекарства из носителей, но и обеспечивает селективность и локальность управляющего действия на клеточном и молекулярном уровнях, а также повышает безопасность существующих методов терапии опасных заболеваний.
  • Создан высокоэффективный наноразмерный ферментный катализатор для детоксификации фосфорорганических соединений (ФОС) in vivo, аналогов которому нет в мире. Использование генномодифицированной формы рекомбинантного фермента органофосфатгидролазы с высокой каталитической активностью и технологии NanoZYME позволило получить наноформуляции (гидролитические нанозимы) для применения в медико-биологических целях. Такие наноформуляции стабильны и длительное время циркулируют в кровотоке, не обладают иммунотоксичностью, пригодны для использования как в качестве защитного средства, так и антидота, могут вводиться внутривенно, внутримышечно, внутрибрюшинно, трансбуккально.
  • Внутривенное введение гидролитических нанозимов как защитного средства обеспечивает 100%-ное выживание животных даже при их интоксикации двукратной смертельной дозой (2×LD100) ФОС. В случае же применения нанозимов в качестве антидота в течение 10–15 минут после интоксикации смертельной дозой ФОС достаточно их однократного внутривенного введения для обеспечения 100% выживаемости животных.
  • Выполнены исследования, направленные на изучение особенностей лизиса патогенов и возможности получения лекарственных форм ферментов бактериофагов, эффективных в разрушении грамположительных и грамотрицательных бактерий, в целях создания стабильных и эффективных средств борьбы с бактериальными инфекциями. Так, для антистрептококкового фермента PlyC были получены композиции из неионогенных ПАВ и полиэлектролитов для включения PlyC. Тем самым удалось устранить проблему низкой стабильности, являющуюся основным препятствием для использования данного фермента в качестве терапевтического агента. Было достигнуто сохранение 100%-й активности в течение нескольких месяцев и показана высокая эффективность действия полученных нанозимов фермента PlyC на живых клетках гемолитического стрептококка.
  • Стратегия создания процесса эффективного лизиса грамотрицательной микрофлоры, ограниченного за счет наличия внешней мембраны грамотрицательных бактерий, заключалась в получении активного целевого фермента, специфичного к сальмонелле и E. сoli, и подборе агентов, увеличивающих проницаемость внешней мембраны. Важным результатом в этом направлении стало получение конструкции и синтез рекомбинантного эндолизина фага S-394 с высоким выходом по белку.
  • Предложено введение дополнительных коротких катионных пептидов, помогающих работе антибактериального фермента. Показано, что лизис живых бактериальных клеток E. сoli под действием эндолизина фага S-394 становится возможным в присутствии поли-Arg и PGLa.

Внедрение результатов исследования:

- Успешно проведены доклинические исследования эффективности и безопасности действия фармацевтического препарата в виде глазных капель для лечения воспалительных заболеваний глаз, ведущих к слепоте. Внедрение фармацевтического препарата планируется после проведения клинических испытаний.

Образование и переподготовка кадров:

  • В Лаборатории работают 10 студентов 1-6 курсов, проходят подготовку 6 аспирантов.
  • Защиты: 3 кандидатские диссертации, 11 дипломных работ.
  • Разработаны спецкурсы и проводятся практические занятия для студентов и аспирантов химического и других факультетов МГУ имени М. В. Ломоносова: «Современные проблемы наномедицины и доставки лекарств» (2013, 2014, 2016, 2017, 2018 гг.); «Избранные главы энзимологии и медицинской биотехнологии» (2018), «Современные проблемы энзимологии и медицинской биотехнологии» (2018 г.); «Избранные главы биохимии и биотехнологии» (2018 г.), «Актуальные проблемы биотехнологии» (2017 г.); «Нанобиоматериалы и физика наноструктур» (2016, 2017, 2018, 2019 гг.); «Введение в физику наноструктур» (2013, 2016, 2018 гг.); «Современные проблемы медицины и медицинской энзимологии» (2016, 2018 гг.); «Биотехнология и нанобиотехнология» (2015, 2018 гг.); «Фундаментальная и прикладная энзимология» (2014, 2018 гг.); «Физическая химия ферментов и биотехнология» (2013, 2017 гг.).
  • Разработаны и постоянно обновляются авторские учебные курсы: «Современные проблемы энзимологии и медицинской биотехнологии» (2017, 2018 гг.); «Избранные главы энзимологии и медицинской биотехнологии» (2017, 2018 гг.); «Избранные главы биохимии и биотехнологии на английском языке» (2017, 2019 гг.); «Современные проблемы биохимии и биотехнологии на английском языке для аспирантов» (2015, 2019 гг.); «Современные проблемы наномедицины и доставки лекарств» (2014, 2018 гг.).

Сотрудничество:

- Центр нанотехнологий для доставки лекарств Школы фармацевтики имени Эшельмана Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл (США), Медицинский центр Университета Небраски (США): совместные исследования по изучению возможностей адресной доставки лекарственных нанопрепаратов в центральную нервную систему и совместные научные публикации

- Московский НИИ глазных болезней имени Гельмгольца (Россия): проведение совместных исследований in vivo эффективности терапевтического действия разрабатываемых наноформуляций для лечения заболеваний глаз, в том числе проведение доклинических испытаний фармацевтического препарата для лечения воспалительных заболеваний глаз на основе рекомбинантной супероксиддисмутазы в составе полимерных наночастиц, подготовлен отчет о проведении доклинических исследований в рамках ФЦП «ФАРМА»

- Государственный научный центр социальной и судебной психиатрии имени В. П. Сербского (Россия), Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н. И. Пирогова (Россия): совместные исследования по созданию субстанций на основе супероксиддимутазы в составе полимерных наночастиц для лечения травмы спинного мозга, изучение новых возможностей ранней диагностики опухолей головного мозга, в том числе с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ), зарегистрировано несколько патентов

- ООО «Медицинские нанотехнологии» (Россия): проведение доклинических испытаний разрабатываемых препаратов, проект технологического регламента на производство готовой лекарственной формы препарата для лечения воспалительных заболеваний глаз на основе рекомбинантной супероксиддисмутазы в составе полимерных наночастиц, проект брошюры исследователя, проект фармакопейной статьи

- Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» (Россия): создание научных подходов, синтез и разработка наноформуляций на основе магнитных наночастиц для адресной доставки лекарств, в том числе для лечения и диагностики злокачественных заболеваний, совместные публикации

Скрыть Показать полностью
Efremova M.V., Veselov M.M., Barulin A.V., Gribanovsky S.L., Le-Deygen I.M., Uporov I.V., Kudryashova E.V., Sokolsky-Papkov M., Majouga A.G., Golovin Y.I., Kabanov A.V., Klyachko N. L.
In situ observation of chymotrypsin catalytic activity change actuated by nonheating low-frequency magnetic field. ACS Nano. Vol. 12. № 4: 3190–3199 (2018).
Nukolova N.V., Aleksashkin A.D., Abakumova T.O., Morozova A.Y., Gubskiy I.L., Kirzhanova Е.А., Abakumov M.A., Chekhonin V.P., Klyachko N.L., Kabanov A.V.
Multilayer polyion complex nanoformulations of superoxide dismutase 1 for acute spinal cord injury. Journal of Controlled Release. Vol. 270: 226–236 (2018).
Efremenko E.N., Lyagin I.V., Klyachko N.L., Bronich T., Zavyalova N.V., Jiang Y., Kabanov A.V.
A simple and highly effective catalytic nanozyme scavenger for organophosphorus neurotoxins. Journal of Controlled Release. Vol. 247: 175–181 (2017).
Klyachko N.L., Manickam D.S., Brynskikh A.M., Uglanova S.V., Li S., Higginbotham S.M., Bronich T.K., Batrakova E.V., Kabanov A.V.
Cross-linked antioxidant nanozymes for improved delivery to cns. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine. Vol. 8. № 1: 119–129 (2012).
Klyachko N.L., Sokolsky-Papkov M., Pothayee N., Efremova M.V., Gulin D.A., Kuznetsov A.A., Majouga A.G., Riffle J.S., Golovin Y.I., Kabanov A.V.
Changing the enzyme reaction rate in magnetic nanosuspensions by a non-heating magnetic field. Angew. Chem. Int. Ed., Vol. 51: 12016–12019 (2012).
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Лаборатория колебательной спектроскопии и химической визуализации

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук"

Химия

Новосибирск

Казарян Сергей Гургенович

Великобритания

2019-2021

Лаборатория физики поверхности и катализа

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Осетинский государственный университет имени Коста Левановича Хетагурова"

Химия

Владикавказ

Заера Франциско

США

2019-2021

Лаборатория химического дизайна новых многофункциональных материалов

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Химия

Екатеринбург

Миньон Антуан Бернар Поль

Франция

2019-2021