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

Приглашенный ученый Уртти Арто Олави Финляндия
Номер договора
14.W03.31.0025
Период реализации проекта
2018-2022

По данным на 15.02.2021

12
Количество специалистов
21
научных публикаций
3
Объектов интеллектуальной собственности
Общая информация

Наномедицина представляет собой стремительно развивающуюся область, в которой используются достижения нанобиотехнологии для регенеративной медицины, диагностики и лечения различных заболеваний. Одним из ключевых направлений в наномедицине является разработка биоматериалов и биогибридных материалов. Деятельность лаборатории сфокусирована на разработке инновационных химических подходов и технологий для создания биоматериалов и биогибридов, предназначенных для применения в многочисленных терапевтических и диагностических областях медицины. В частности, ученые лаборатории разрабатывают исследовательские программы и инновационные технологии в области доставки лекарств и клеток, что является важной задачей для практического использования биогибридов и разработки новых фармацевтических препаратов с повышенной эффективностью. 

Название проекта: Биогибридные технологии для современной медицины

Приоритет СНТР: в

Цели и задачи

Направления исследований: Химическая технология, фармацевтика и фармакология, биотехнология, клеточная инженерия

Цель проекта:

  • Создание новой междисциплинарной лаборатории биогибридных технологий
  • Разработка и применение биогибридов для направленной доставки широкого ряда лекарственных соединений, включая стероиды, пептиды/белки, РНК, небольшие органические молекулы и органометаллические комплексы

Практическое значение исследования
Научные результаты:

  • В процессе выполнения работ по проекту синтезированы новые органические молекулы, способные оказывать ингибирующее действие на карбоангидразы, а также проведен поиск эффективных блокаторов активности II изоформы карбоангидразы человека, являющейся подтвержденной мишенью для терапии глаукомы. Синтезирован ряд пептидов ингибиторов фактора роста эпителия сосудов (VEGF) – перспективных лекарств, замедляющих образование микрососудистой системы при определенных заболеваниях глаз. Изучена их эффективность с использованием различных in vitro и in vivo методов. Для эффективной биовизуализации получаемых в проекте систем доставки лекарств, а также для создания в будущем систем для тераностики, синтезированы образцы новых фосфоресцентных меток на основе комплексов золота, иридия и платины, несущие реакционноспособные группы, необходимые для ковалентной конъюгации с полимерными частицами. Показано, что полученные комплексы и их конъюгаты с полимерными носителями обладают временами жизни в микросекундном диапазоне и способностью излучать в ближней ИК области. Полученные соединения исследованы in vitro и in vivo, показана их биосовместимость. Синтез новых полимеров – базовых соединений для формируемых далее наночастиц, развивался в трёх основных направлениях, а именно: создание полимеров для систем доставки малых молекул, синтез и модификация макромолекул с целью создания систем доставки генетических конструкций, получение гидрофильных конъюгатов с anti-VEGF пептидами. Разработаны новые полимерные коллоидные системы, пригодные для использования в качестве систем доставки лекарств, а именно, микро- и наночастицы на основе поли(молочной кислоты), с варьируемым количеством полиэлектролитных слоёв поли(L-лизина) и гепарина на своей поверхности; мицеллы на основе амфифильных хитозана и полиаминокислот; термо- и рН-чувствительные наногели. Синтезированы органические линкеры, выполняющие функцию интермедиатов между лекарственным соединением и полимером/наночастицей/клеточной поверхностью, а также сшивающих цепи полимера агентов, предназначенные для обеспечения контролируемого отщепления/высвобождения терапевтического средства при изменении условий окружающей среды, таких как световое излучение или присутствие определенных ферментов. Все разработанные материалы показали безопасность для клеток тканей человека, включая клетки сетчатки и роговицы глаза, а также способность контролируемо высвобождать инкапсулированный лекарственный агент.

  • Показана возможность создания биогибридов с использованием двух подходов: (а) интернализации нагруженных лекарственными препаратами и генным материалом наночастиц внутрь клеток; (б) ковалентной модификации поверхности клеток лекарственным веществом с использованием различных линкеров. По первому методу, наночастицы на основе поли(молочной кислоты), модифицированные верблюжьими антителами, были использованы для инкапсулирования нового лекарственного средства для лечения мультирезистентного туберкулёза – перхлозона. Дозировка лекарства, полученная животными, подвергшимися терапии с использованием частиц, оказалась более чем в 10 раз ниже, чем у животных, получавших лекарство перорально, что обусловило значительно меньшую гепатотоксичность препарата, заключенного в наноконтейнеры. Проведенные исследования указывают на то, что вероятный механизм направленного действия препарата в частицах состоит в поглощении частиц перитонеальными макрофагами с последующей миграцией последних в очаг воспаления по пути хемотаксиса. Разработаны пути контроля за поглощением частиц в клетки. По второму методу, разработана технология ковалентной модификации поверхности живых Т-клеток посредством метаболического мечения тетраацетатом N-азидоацетилманнозамина (Ac4ManNAz) в процессе их культивирования in vitro. Далее гидрофильный флуоресцентный краситель и выбранные anti-VEGF пептиды, модифицированные дибензоциклооктином, связывались с азидными группами на клеточной поверхности посредством клик-реакции азид-алкин циклоприсоединения. Выбранный флуоресцентный краситель использовался для оптимизации технологии получения биогибридов. Модифицированные дибензоциклооктином anti-VEGF пептиды связывали с клетками с целью получения биогибридных систем, способных обнаруживать и селективно связывать белок VEGF и, таким образом, блокировать его сигнальные пути. Показано, что модифицированные клетки сохраняли свою жизнеспособность.

  • Разработаны компьютерные алгоритмы, моделирующие фармакокинетику после интравитреальных инъекций в глаз полимерных материалов и биогибридов. Результаты компьютерного моделирования хорошо согласуется с фармакокинетическими данными, полученными путём прямых измерений концентрации лекарственных препаратов в витреальной жидкости. Модели учитывают ключевые параметры, такие как объем стекловидного тела, коэффициент диффузии материала в стекловидном теле и клиренс в переднем отделе глаза. В моделях также учитывалась скорость деградации полимера. Разложение полимера и размер образующихся фрагментов были оценены в исследованиях in vitro.

Внедрение результатов:

Полученные при выполнении проекта результаты имеют важнейшее значение для развития фармакологии, особенно в области терапии глазных заболеваний (глаукома и возрастная макулярная дегенерация). Для этого созданы новые лекарственные соединения (малые молекулы и пептиды), а также разработаны новые подходы к их доставке, увеличивающие эффективность их действия. Разработаны методы создания биогибридов, которые могут в перспективе стать индивидуальной системой доставки лекарств при реализации стратегий персонифицированной медицины. Полученные соединения, системы доставки и разработанные методы создания биогибридов перспективны для терапии различных заболеваний.

В частности, ряд пептидных анти-VEGF последовательностей и их конъюгаты с полиаминокислотами и гиалуроновой кислотой представляют коммерческий интерес в качестве препаратов для терапии ряда заболеваний, сопровождающихся аномальным развитием микрососудистой системы в очаге патологии. В настоящее время ведутся переговоры с крупной российской фармацевтической компанией по совместной разработке технологии получения и последующего внедрения указанных лекарственных формул.

Образование и переподготовка кадров:

  • Разработан и включен в образовательную программу новый курс на английском языке «Drug Delivery Systems» для магистрантов, обучающихся в Институте химии СПбГУ по направлению «химия».

  • Разработан и включен в образовательную программу новый курс «Биоматериалы» для бакалавров, обучающихся в Институте химии СПбГУ по направлению «химия, физика и механика материалов».

  • Разработан и включен в образовательную программу лабораторный практикум «Синтез и исследование углеродных наноматериалов» для студентов магистратуры, обучающихся в Институте химии СПбГУ по направлению «фундаментальные и прикладные аспекты наноматериалов и нанотехнологий».

  • Разработан и прошел апробацию лабораторный практикум «Методы молекулярной биологии» для студентов магистратуры, обучающихся в Институте химии СПбГУ по направлению «химия» (дополнение к лекционному курсу «Биохимия»).

Проведены следующие научные мероприятия:

  • Meeting of scientific group within Megagrant «Biohybrid technologies for modern medicine», Санкт-Петербург, отель «Новый Петергоф», 17-18 декабря 2018 года.

  • «Summer conference on biohybrid technologies», Санкт-Петербург, Высшая школа менеджмента СПбГУ, 10-11 июня 2019 года.

Защищены 2 и подготовлены к защите 2 диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук.

Защищена 1 диссертация на соискание ученой степени доктора химических наук.

В рамках научной коллаборации 6 аспирантов и молодых сотрудников прошли стажировку в Университетах Хельсинки и Восточной Финляндии, а также в Университете Лейбница, Ганновер, Германия.

Инфраструктурные преобразования:

На базе вновь созданной Лаборатории биогибридных технологий и существующей Межкафедральной лаборатории биомедицинской химии создан и успешно функционирует лабораторный кластер с едиными научно-практическими задачами. Данное объединение имеет современную инструментальную базу, необходимую для получения результатов мирового уровня.

Сотрудничество:

  • Кафедра химии природных соединений, Институт химии СПбГУ;

  • Кафедра общей и неорганической химии, Институт химии СПбГУ;

  • Кафедра патологии, Медицинский факультет СПбГУ, Санкт-Петербург;

  • Институт экспериментальной медицины, Санкт-Петербург;

  • НИИ акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта, Санкт-Петербург;

  • Университет Хельсинки, Факультет биофармацевтики, Хельсинки, Финляндия;

  • Университет Восточной Финляндии, Школа фармацевтики, Куопио, Финляндия;

  • Университет Лейбница, Институт технической химии, Ганновер, Германия;

  • Свободный Университет, Берлин, Германия;

  • Университет Флоренции, Факультет нейробиологии, Флоренция, Италия;

  • Биотехнологическая международная компания БИОКАД, Санкт-Петербург, Россия.

Скрыть Показать полностью
M. Krasavin, A. Shetnev, T. Sharonova, S. Baykov, S. Kalinin, A. Nocentini, V. Sharoyko, G. Poli, T. Tuccinardi, S. Presnukhina, T.B. Tennikova, C.T. Supuran
Continued exploration of 1,2,4-oxadiazole periphery for carbonic anhydrase targeting primary arene sulfonamides: discovery of sub-nanomolar inhibitors of membrane-bound hCA IX isoform that selectively kills cancer cells in hypoxic environment. European Journal of Medicinal Chemistry. 2018. V.164.
L. Churilov, V. Korzhikov-Vlakh, E. Sinitsyna, D. Polyakov, O. Darashkevich, M. Poida, G. Platonova, T. Vinogradova, V. Utekhin, N. Zabolotnykh, V. Zinserling, P. Yablonsky, A. Urtti, T. Tennikova.
Enhanced delivery of 4-thioureidoiminomethylpyridinium perchlorate in tuberculosis models with IgG functionalized poly(lactic acid) based particles. Pharmaceutics. 2019. V.11.
I. Pilipenko, V. Korzhikov-Vlakh, V. Sharoyko, N. Zhang, M. Schäfer-Korting, E. Rühl, C. Zoschke, T. Tennikova
pH-sensitive chitosan–heparin nanoparticles for effective delivery of genetic drugs into epithelial cells. Pharmaceutics. 2019. V. 11.
M. Krasavin, A. Shetnev, S. Baykov, S. Kalinin, A. Nocentini, V. Sharoyko, G. Poli, T. Tuccinardi, M. Korsakov, T.B. Tennikova, C.T. Supuran
Pyridazinone-substituted benzenesulfonamides display potent inhibition of membrane-bound human carbonic anhydrase IX and promising antiproliferative activity against cancer cell lines. European Journal of Medicinal Chemistry. 2019. V. 168.
A. Subrizi, E.M. del Amo, V. Korzhikov-Vlakh, T. Tennikova, M. Ruponen, A. Urtti
Design principles of ocular drug delivery systems: importance of drug payload, release rate, and material properties. Drug Discovery Today. 2019. V. 24.
O. Osipova, V. Sharoyko, N. Zashikhina, N. Zakharova, T. Tennikova, A. Urtti, E. Korzhikova-Vlakh
Amphiphilic Polypeptides for VEGF siRNA Delivery into Retinal Epithelial Cells. Pharmaceutics. 2020. V. 12.
S. Kalinin, A. Valtari, M. Ruponen, E. Toropainen, A. Kovalenko, A. Nocentini, M. Gureev, D. Dar’in, A. Urtti, C.T. Supuran, M. Krasavin
Highly hydrophilic 1,3-Oxazol-5-yl benzene sulfonamide inhibitors of carbonic anhydrase II for reduction of glaucoma-related intraocular pressure. Bioorganic & Medicinal Chemistry. 2020. V. 27.
I.S. Kritchenkov, D.D. Zhukovsky, A. Mohamed, V.A. Korzhikov-Vlakh, T.B. Tennikova, A. Lavrentieva, T. Scheper, V.V. Pavlovskiy, V.V. Porsev, R.A. Evarestov, S.P. Tunik
Functionalized Pt(II) and Ir(III) NIR Emitters and Their Covalent Conjugates with Polymer-Based Nanocarriers. Bioconjugate Chemistry. 2020. V. 31.
I.M. Pilipenko, V.A. Korzhikov-Vlakh, N.V. Zakharova, A. Urtti, T.B. Tennikova
Thermo- and pH-sensitive glycosaminoglycans derivatives obtained by controlled grafting of poly(N-isopropylacrylamide). Carbohydrate Polymers. 2020. V. 248.
N.V. Dubashynskaya, A.S. Golovkin, I.V. Kudryavtsev, S.S. Prikhodko, A.S. Trulioff, A.N. Bokatyi, D.N. Poshina, S.V. Raik, Y.A. Skorik
Mucoadhesive cholesterol-chitosan self-assembled particles for topical ocular delivery of dexamethasone. International Journal of Biological Macromolecules. 2020. V. 158.
Фотоальбомы
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Лаборатория полимерных биоматериалов и систем

Институт высокомолекулярных соединений Российской академии наук

Химические технологии

Санкт-Петербург

Карттунен Микко

Финляндия, Канада

2017-2021

Научно-исследовательская лаборатория аэрозольных технологий (НИЛ АТ)

Новосибирский государственный технический университет

Химические технологии

Новосибирск

Хопке Филип Карл

США

2017-2019

Лаборатория каталитических технологий

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

Химические технологии

Санкт-Петербург

Мурзин Дмитрий Юрьевич

Россия

2014-2018