|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
Интеллектуальная Система Тематического Исследования НАукометрических данных |
||
Биосовместимые стимул-чувствительные липосомальные контейнеры для инкапсулирования и управляемого высвобождения биологически активных веществНИР
Biocompatible stimuli-sensitive liposomal containers for the encapsulation and controlled release of biologically active substances
- Руководитель НИР: Заборова О.В.
- Подразделение: Кафедра коллоидной химии
- Срок исполнения: 1 июля 2018 г. - 30 июня 2020 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 18-73-00076
- Номер ЦИТИС: АААА-А18-118071990083-5
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Живые системы, медицинские технологии, медицинская химия и новые лекарственные средства
- ПН России: Науки о жизни
- Направление технологического прорыва России: Медицинские технологии и лекарственные средства
- Критическая технология России: Биомедицинские и ветеринарные технологии
-
Рубрики ГРНТИ:
- 31.15.37 Химия коллоидов. Дисперсные системы
-
Ключевые слова:
рн-чувствительность, катионный полимер, гидрофильный полимер, полимер-коллоидные комплексы, стимул-чувствительный наноконтейнер, биосовместимость, управляемое высвобождение лекарства, липосома
hydrophilic polymer, ph-sensitivity, stimuli-responsive nanocontainer, controlled drug release, polymer-colloid complex, liposome, cationic polymer, biocompatibility -
Описание:
Проект направлен на разработку и создание стимул-чувствительных липосомальных наноконтейнеров и изучение возможности их применения в биомедицинских и диагностических целях. Согласно предлагаемому подходу будут получены серии липосом с различной долей рН-чувствительного липида (липида-переключателя) в мембране. Протонирование липида-переключателя приводит к дестабилизации липидного бислоя, при этом вещества, содержащиеся во внутреннем объеме везикул, высвобождаются. Это поможет обеспечить адресную доставку лекарственных препаратов в патологические области, для которых характерен пониженный рН среды. За счет модификации липосом гидрофильным полимером будет увеличена агрегативная устойчивость наноконтейнеров. При адсорбции поликатиона на поверхности анионных липосом наблюдается латеральная сегрегация анионных липидов и, одновременно, концентрирование липида-переключателя в оставшемся объеме, что, в свою очередь приводит к увеличению скорости вытекания инкапсулированного вещества. Таким образом, образование комплекса линейного поликатиона с рН-чувствительными анионными липосомами будет использовано для управления высвобождением инкапсулированного вещества. Кроме того, наличие поликатиона в системе позволит повысить эффективность взаимодействия полученного наноконтейнера с клеточной мембраной. В ходе выполнения проекта будет изучена эффективность высвобождения инкапсулированного вещества из индивидуальных и модифицированных полимерами липосом в зависимости от содержания липида-переключателя, фазового состояния липосомальной мембраны и рН среды. Количественное описание полученных кинетических закономерностей позволит создать протокол для формирования липосомальных наноконтейнеров для доставки биологически активных соединений, используя индивидуальные требования к скорости высвобождения препарата. Для достижения поставленной цели будет использован мультидисциплинарный подход с использованием комбинации различных экспериментальных методов: динамического светорассеяния, лазерного микроэлектрофореза, флуоресцентной спектроскопии, электронной и флуоресцентной микроскопии, дифференциальной сканирующей калориметрии, изотермической титрующей калориметрии, методов малоуглового рассеяния и проч. Актуальность предлагаемого исследования определяется как практическим применением (создание средств адресной доставки лекарственных средств), так и фундаментальным исследованием полимер-коллоидных систем (структура комплексов и их агрегативная устойчивость).
-
Abstract:
The aim of this project is development and creation of the stimuli-sensitive liposomal nanocontainers and evaluation of the possibility of their use in biomedical and diagnostic applications. According to the proposed approach, a series of liposomes with a different molar fraction of pH-sensitive lipid (trigger-lipid) in the membrane will be prepared. The protonation of the trigger-lipid leads to destabilization of the lipid bilayer, which causes the release of the encapsulated substances. This will ensure the targeted delivery of drugs to pathological areas, that are characterized by a lower pH of the media. The stability of the nanocontainer against aggregation will be enhanced by modification of liposomes with a hydrophilic polymer. The adsorption of the polycation onto the surface of anionic liposomes causes the lateral segregation of the anionic lipids and, consequently, the concentration of the trigger-lipid, leading in acceleration of release of the encapsulated compound. Thus, the formation of the complex between the linear polycation and pH-sensitive anionic liposomes will be used to ensure the additional control of the encapsulated substances release and will also improve the interaction efficiency of the resulting nanocontainer with the cell membrane. The effectiveness of the release of the encapsulated substance from individual and polymer-modified liposomes will be studied as a function of the trigger-lipid content, the phase state of the liposome membrane, and the pH of the medium. Quantitative processing of the obtained kinetic curves will allow to create a protocol for the formation of liposomal nanocontainers for the delivery of biologically active compounds, using individual requirements for the release rate of the drug. To achieve this goal, a multidisciplinary approach will be used, including a combination of different experimental methods: dynamic light scattering, laser microelectrophoresis, fluorescence spectroscopy, electron and fluorescence microscopy, differential scanning calorimetry, isothermal titration calorimetry, small-angle scattering methods, etc. The topicality of the proposed project is determined both by the practical application (the creation of systems for targeted delivery of drugs) and the fundamental research of polymer-colloid systems (structure and aggregative stability).
- Добавил в систему: Заборова Ольга Владимировна
Источник финансирования НИР
| грант РНФ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 июля 2018 г.-30 июня 2019 г. | Биосовместимые стимул-чувствительные липосомальные контейнеры для инкапсулирования и управляемого высвобождения биологически активных веществ |
| Результаты этапа: В ходе выполнения работы были получены анионные флипосомы с различным содержанием pH-чувствительного липида-переключателя (от 0.1 до 0.3) и исследована кинетика высвобождения низкомолекулярной соли из таких флипосом при понижении pH среды. Было показано, что скорость и полнота высвобождения соли зависит от содержания липида-переключателя, значения pH и температуры среды. Скорость и полнота вытекания соли увеличивается при увеличении доли липида-переключателя в мембране липосом и температуры и уменьшении рН среды. На кинетику высвобождения гидрофильного вещества из флипосом влияют два процесса: 1) образование дефектов в мембране и 2) их залечивание за счёт латеральной диффузии липидов в мембране. Образование дефектов в мембране непосредственно связано с протонированием липида-переключателя. Чем ниже рН среды, тем больше степень протонирования, и, следовательно, образуется большее количество дефектов в мембране и соль вытекает из флипосом с большей скоростью. Залечивание дефектов происходит с течением времени и зависит только от скорости латеральной диффузии липидов в липидном слое, и должна оставаться постоянной при изменении рН среды при фиксированной температуре. Одним из возможных способов оценки скорости залечивания дефектов в мембране является определение времени выхода кинетической кривой вытекания соли на плато. Таким образом, на скорость высвобождения соли из флипосом влияют два процесса, скорость одного из них (образование дефектов) зависит от рН среды, а другого (залечивание дефектов) – от температуры. В ходе работы были определены pKa липида-переключателя в мембране флипосом, порядок процесса pH-индуцированного высвобождения соли, а также эффективная и истинная константы процесса. Для оценки влияния фазового состояния липидной мембраны на процесс высвобождения гидрофильного вещества были получены анионные флипосомы различающиеся температурой фазового перехода нейтрального липида (41 и 55 °C). Мольная доля липида-переключателя составляла 0.3, флипосомы заполняли флуоресцентным красителем 5(6)-карбоксифлуоресцеином (КФ). Как и в случае pH-индуцированного высвобождения низкомолекулярной соли, скорость и полнота высвобождения КФ из анионных флипосом зависит от pH и температуры среды. При этом, характер высвобождения КФ различается. Так, начальная скорость высвобождения КФ из флипосом с Тфп = 41 °C меньше, чем для флипосом с Тфп = 55 °C, это может быть связано с различной микровязкостью липидного бислоя. Также было изучено влияние адсорбции биосовместимого поликатиона (полилизина) на скорость pH-индуцированного высвобождения противоопухолевого препарата доксорубицина. В ходе работы была подобрана система в которой смена рН вызывает высвобождение инкапсулированной соли только в случае флипосом модифицированных полилизином. Таким образом было показано, что Модификация анионных флипосом поликатионом позволяет управлять процессом рН-индуцированного высвобождения инкапсулированного вещества: как ускорять высвобождение инкапсулированного вещества, так и индуцировать его высвобождение. Кроме того, полученные данные могут быть использованы для описания pH-индуцированного высвобождения инкапсулированного вещества из анионных флипосом в присутствии белков крови. | ||
| 2 | 1 июля 2019 г.-30 июня 2020 г. | Биосовместимые стимул-чувствительные липосомальные контейнеры для инкапсулирования и управляемого высвобождения биологически активных веществ |
| Результаты этапа: Определение физико-химических параметров кинетики высвобождения соли из «твёрдых» и «жидких» липосом при протонирования ЛП в липосомальной мембране В ходе работы были определены следующие физико-химические параметры высвобождения соли из липосом: порядок процесса высвобождения при фиксированной температуре (6 значений) и фиксированном значении рН среды (5 значений). Также, на основании полученной ранее зависимости доли протонированного ЛП от значения рН среды, были рассчитаны значения истинных констант процесса высвобождения соли для «твердых» и «жидких» липосом. «Твердые» липосомы содержали в качестве нейтрального липида дипальмитоилфосфохолин (ДПФХ, Тфп = 41°С), а «жидкие» – диолеоилфосфохолин (ДОФХ, Тфп = -21°С). Были проведены две серии кинетических экспериментов (для «жидких» и «твердых» липосом соответственно) по 150 экспериментов в каждом. Значение истинных констант для «твёрдых» и «жидких» липосом при 25 °C составили (0.18±0.01) и (0.29±0.02) мин-1 соответственно, а при 37 °C – (0.28±0.2) и (0.56±0.1) соответственно. Описание механизма и структурных перестроек, происходящий в мембране флипосом при изменении pH среды При помощи метода изотермической титрационной калориметрии (ИТК) было показано, что в первую очередь при понижении pH среды протонируются молекулы липида-переключателя (ЛП), расположенные на внешнем слое мембраны. При этом молекулы ЛП внешнего слоя мембраны претерпевают конформационную перестройку, что вызывает образование дефектов в липидном бислое. Эти дефекты являются проницаемыми как для молекул инкапсулированных веществ (соль, флуоресцентный краситель, лекарственное вещество), так и для протонов. При этом инкапсулированное вещество под действием градиента его концентрации высвобождается через образовавшиеся дефекты, а протоны, наоборот, проникают во внутреннюю полость липосом. При этом протонируются молекулы ЛП, расположенные во внутреннем слое мембраны. Далее за счет латеральной диффузии липидов происходит залечивание дефектов и высвобождение инкапсулированного вещества прекращается. Более детальное изучение структурных перестроек было проведено с помощью метода временно-разрешенного малоуглового рассеяния рентгеновских лучей (МУРР). Было показано, что через 11 секунд после понижения рН среды липосомы формируют кубическую структуру без разрушения везикулярного строения. Таким образом, мы предполагаем, что образование дефектов является движущей силой формирования структурированной липосомальной системы. Протокол получения pH-чувствительных липосом, модифицированных гидрофильным полимером с оптимальным соотношением состав/свойства Стерически-стабилизированные pH-чувствительные анионные липосомы получали по следующей методике: рассчитанные объёмы растворов фосфолипидов (мольные соотношения липидов: ДОФХ = 0.55, ПОФС = 0.1, ЛП = 0.3, ПЭГ5000 = 0.05) в хлороформе смешивали, затем удаляли органический растворитель при помощи вакуумного роторного испарителя, получая фосфолипидную плёнку. Процедуру проводили на роторном испарителе «Rotovapor» фирмы «Buchi», Швейцария, при температуре 36°С и скорости вращения 90 об/мин. К полученной пленке добавляли рассчитанный объем буферного раствора и диспергировали на мультивортексе V-32. Далее суспензию прогоняли через мембрану с размером пор 100 нм не менее 21 раза с помощью миниэкструдера AvantiPolarLipids. Для отделения липосом от невключенного во внутреннюю полость компонента, суспензию прогоняли на хроматографической колонке (d = 1.5 см, h = 24 см), заполненной гелем Sephadex G-25, в качестве элюента использовали фосфатный буфер рН = 7.2 (7.5 mM NaH2PO4, 150 mM NaCl). Полученные липосомы хранили при температуре 4°С и использовали в течение 2 суток. Данные по кинетике высвобождения инкапсулированного вещества из флипосом при физиологических условиях Эксперименты по высвобождению инкапсулированного вещества были проведены на стерически-стабилизированных pH-чувствительных липосомах, заполненных флуоресцентным красителем карбоксифлуоресцеином (КФ). Условия, приближенные к физиологическим были следующими: фосфатный буферный раствор с pH = 7.2 (значение рН соответствует его значению в крови), содержащий 0.15 M NaCl (физиологическое содержание соли), кинетику высвобождения изучали при понижении рН до значения 5.4 (среднее значение рН в опухолях) при температуре 37°С. Было показано, что введение ПЭГилированного липида не влияет на способность pH-чувствительных липосом высвобождать инкапсулированное вещество при понижении рН среды. При этом наблюдалось высвобождение 50% инкапсулированного вещества в течение 1 часа после понижения рН среды. Данные по цитотоксичности pH-чувствительных липосом Токсичность липосом определяли методом прижизненного окрашивания клеток метилтетразолиевым синим (МТТ). Полувыживаемость (EC50) клеток в присутствии pH-чувствительных липосом (ДОФХ = 0.6, ПОФС = 0.1, ЛП = 0.3) составила 0.46 мМ, что соответствует примерно 300 мг/кг. Полувыживаемость (EC50) клеток в присутствии стерически-стабилизированных pH-чувствительных липосом (ДОФХ = 0.55, ПОФС = 0.1, ЛП = 0.3, ПЭГ5000 = 0.05) составила 2.1 мМ (1900 мг/кг). | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".