Научные результаты:
На основе методов генетического и протеомного анализа был разработан метод типирования РМП с выделением шести основных групп (классификация BOLD), каждая из которых имеет свои выраженные молекулярные и гистологические особенности и требует различного подхода при составлении терапевтических рекомендаций. Важно, что такая дифференциация была воспроизводима как для немышечно-инвазивного, так и мышечно-инвазивного РМП, а также показала хорошую корреляцию с уже использующимися классификациями. Помимо новых подходов в малоинвазивной диагностике РМП, крайне актуальными являются задачи разработки уникального фармпрепарата, способного либо в виде монотерапии, либо в сочетании с другими препаратами, супрессировать инвазию и метастазирование уротелиальных карцином, а также инновационных способов его целевой доставки. В рамках проекта был разработан фармацевтический состав со способностью формирования гидрогелей in vivo – здесь, в мышечной ткани мочевого пузыря – с инкапсулированными лекарственными препаратами, обеспечивающими супрессирование инвазии и метастазирования карциномы мочевого пузыря в случае монотерапии, с дополнительным цитостатическим эффектом в случае сочетанного применения с другими препаратами. Лекарственные препараты, элютируемые из имплантированного в мышечную ткань мочевого пузыря гидрогеля в процессе его резорбции, способны супрессировать инвазию и метастазирование РМП в случае монотерапии, с дополнительным цитостатическим эффектом в случае сочетанного применения с другими препаратами. Гидрогель формируется сразу после удаления новообразования РМП посредством инъекции с помощью катетера. Пролонгированное действие гидрогеля – 3 месяца. Важно отметить, что предлагаемая гидрогелевая система применима не только в онкотерапии РМП, но, например, при мезотелиомах плевры, перикарда и, возможно, брюшной полости.
Был разработан синтез ингибиторов эпителиально-мезенхимального перехода (ЭМП), изучено их влияние на механобиологические характеристики клеток, а также исследовано влияние жесткости подложек на фенотип клеток.
Для минимизации инвазивных биопсийных процедур был предложен и разработан метод т.н. жидкостной биопсии, при которой опухолевые клетки выделяются из биологических жидкостей с помощью специально созданных чипов на основе диметилполисилоксана (силикона). Были разработаны протоколы выделения опухолевых клеток из крови, мочи и спермы у пациентов с онкологическими заболеваниями мочеполовой системы, при этом было проведено молекулярное иммуноцитохимическое типирование выделенных клеток по маркерам, экспрессируемым на поверхности клеток. В частности, было обнаружено, что жидкостная биопсия семенной жидкости позволяет реализовать неинвазивную диагностику рака простаты с абсолютной специфичностью и чувствительностью, как это показано в группе из 50+ пациентов с диагностированным заболеванием. Проект, нацеленный на коммерциализацию данной разработки, получил поддержку ГК Росатом.
Назревший кризис в наномедицине, возникновение которой обещало революцию в онкологической диагностике и терапии, объясняется чрезвычайной сложностью биологии рака. Эффект повышенной проницаемости и удержания инкапсулированных онкопрепаратов в опухоли лёг в основу наномедицины, но не позволил реализовать эффективную лекарственную доставку в терапевтические мишени – раковые клетки – с минимизацией побочных эффектов. В проекте успешно реализована альтернативная концепция доставки противоопухолевых препаратов, основанная на новых наноматериалах, способных накапливаться в сосудах опухоли-мишени или метастазирующего органа с последующим быстрым высвобождением инкапсулированного лекарственного средства и проникновением в ткань-мишень [Parakhonskiy et al. Adv. Mater. Today 2021]. Этот подход к фармацевтической доставке предсказан теоретическим моделированием и подтвержден экспериментально с использованием рационально спроектированных металлоорганических каркасов MIL-101 (Fe). Нагруженные доксорубицином наночастицы MIL-101 быстро захватываются сосудистой сетью метастазированных легких, деградируют в кровеносных сосудах в течение 15 минут и высвобождают лекарство, которое быстро пропитывает орган. На животных моделях ранних и поздних стадий метастазов меланомы B16-F1 продемонстрировано значительное улучшение результатов лечения с уменьшением узлов меланомы легких, соответственно, в 11 и 4,3 раза [Zelepukin et al., Nat. Comm., in press]. Для осуществления тераностического подхода были синтезированы и охарактеризованы многослойные полиэлектролитные капсулы на основе комплекса сульфат декстрана/поли-L-аргинин, содержащие замещенный фталоцианиновый комплекс (фталоцианин цинка, торговое название холосенс). Было показано, что капсулы с холосенсом уверенно визуализируются внутри клеток, также демонстрируя высокую фототоксичность, что позволяет реализовать терапевтическую фотодинамическую модальность таких капсул с использованием 2D и 3D клеточных моделей. Для визуализации in vivo была создана специализированная система флюоресцентного биоимиджинга. Установка обеспечивает уникальное сочетание высокой чувствительности, скорости и гибкости при оптической люминесцентной визуализации малых лабораторных животных в условиях in vivo. Было предложено использование ингибиторов эпителиально-мезенхимального перехода (ЭМП), который происходит при прогрессировании и метастазировании опухолей.
Внедрение результатов исследования:
Неинвазивная диагностика рака простаты с абсолютной специфичностью и чувствительностью, как это показано в группе из 50+ пациентов с диагностированным заболеванием, была реализована на основе жидкостной биопсии семенной жидкости с использованием инерционного микрофлюидного устройства. Проект коммерциализации данной разработки получил поддержку ГК Росатом. Также был разработан и исследован высокопроизводительный микрофлюидный чип для обогащения опухолевых клеток РМП, полученных из мочи.
Синтезированы несколько соединений, обладающих эффективностью ингибирования рецептора трансформационного роста бета (TGF-beta), включая фармпрепараты А83-01, А77-01, а также новое соединение. Был разработан фармацевтический состав со способностью формирования гидрогелей непосредственно в мышечной ткани мочевого пузыря с инкапсулированным лекарственным препаратом А83-01. Гидрогель формируется сразу после удаления новообразования РМП посредством инъекции с помощью катетера. Пролонгированное действие гидрогеля – 3 месяца. Показано, что концентрация препарата в ткани мочевого пузыря в 3000 раз превышала концентрацию препарата в случае его пероральной администрации. Выполняемые исследования приводят к созданию лекарственного препарата для лечения рака мочевого пузыря. Разрабатываемый лекарственный препарат оригинален, не имеет мировых аналогов, и показывает обещающие результаты для планируемого предклинического тестирования и перехода к клиническим испытаниям.
Была создана специализированная система фотолюминесцентного биоимиджинга для визуализации малых животных in vivo. Установка обеспечивает уникальное сочетание высокой чувствительности, скорости и гибкости при оптической фотолюминесцентной визуализации малых лабораторных животных в условиях in vivo. У создателей установки имеется опыт коммерческих продаж данной системы.
Синтезированы коллоидно-стабильные в солевых растворах полимерные наночастицы размером около 200 нм, загруженные химиотерапевтическим препаратом и флуоресцентным красителем. Полученные полимерные наночастицы были успешно модифицированы HER2-распознающим белком с сохранением стабильности наночастиц.
Сотрудники лаборатории самостоятельно создали уникальные установки:
- основанную на принципе инерционной сепарации клеток из биологических жидкостей с применением микрофлюидных технологий для изучения возможности ранней диагностики, мониторинга терапевтического ответа, а также прецизионного профилирования циркулирующих раковых клеток. Созданные устройства, технологии и методологии могут стать альтернативой тканевой биопсии;
- позволяющую тестировать биомиметические модели вирусов, синтезированных в лаборатории на основе флуоресцентных полимерных наночастиц. Созданная установка позволяет оценивать распространение вирусов, в том числе и аэрозольным путём.
Организационные и инфраструктурные преобразования:
Сотрудники других подразделений Сеченовского университета используют оборудование лаборатории для проведения исследований в области регенеративной медицины, диагностической онкологии и прижизненной визуализации.
Образование и переподготовка кадров:
- 1 сотрудник лаборатории прошел стажировку по месту работы ведущего ученого.
- Созданы новые учебные курсы «Нанотехнология и медицина» и «Микрофлюидика в биологии и медицине» (начало обучения – сентябрь 2021 года).
- Подготовлены и защищены 1 докторская и 2 кандидатские диссертации.
Сотрудничество:
- Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук, Федеральный научно-исследовательский центр «Кристаллография и фотоника» Российской академии наук, Институт теоретической и экспериментальной биофизики Российской академии наук, Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС», Сколковский институт науки и технологий (Россия), Технологический университет Сиднея, Университетом Маккуори (Австралия), Гуанчжоуский институт биомедицины и здоровья (Китайская Народная Республика), Лондонский университет королевы Марии (Великобритания), Материя и сложные системы, CNRS, Парижский университет (Франция): совместные исследования и публикации.
- Институт урологии и репродуктивного здоровья человека Первого Московского государственного медицинского университета имени И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский Университет): клинические исследования, обучение членов научного коллектива в аспирантуре.
