Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка адресного терапевтического cредства для лечения костных метастазов опухолей на основе бифосфонатов и белков-цитокинов

Докладчик: Даниленко Елена Дмитриевна

Должность: Директор Института медицинской биотехнологии-филиала ФБУН ГНЦ ВБ "Вектор", кандидат биологических наук

Цель проекта:
По данным статистики, до 60 % из впервые выявленных случаев злокачественных новообразований в нашей стране представляют собой запущенные формы заболевания с очагами метастазирования. Скелет является третьей по частоте локализацией метастатического поражения после легких и печени. Наличие костных метастазов приводит к значительному ухудшению качества жизни онкологических больных за счет развития у них различных осложнений (болевой синдром, патологические переломы и т.д.).Лечение метастазов опухолей в костную систему в настоящее время основано на использовании цитостатиков, эффективность которых невелика в силу особенностей локализации патологических очагов и их труднодоступности. В связи с этим, поиск способов и средств лечения костных метастазов для удлинения и улучшения качества жизни онкологических больных в настоящее время чрезвычайно актуален. Задача создания эффективных и безопасных препаратов для лечения костных метастазов может быть подразделена на несколько самостоятельных задач. Первая из них, общая для лечения онкологических заболеваний разных типов, заключается в необходимости разработки противоопухолевого препарата, обладающего высокой интенсивностью и максимально возможной селективностью воздействия на опухолевые клетки. Вторая- необходимость ингибирования процесса разрушения костной ткани, индуцированного ростом опухоли, и инициации ее восстановления. И наконец, третья задача-задача доставки лекарственного вещества в труднодоступный патологический очаг кости. В рамках данного проекта планируется реализация принципиально нового подхода к созданию препаратов для лечения костных патологий онкологической природы. Суть данного подхода заключается в использовании в качестве средства лечения природных противоопухолевых белков, которые будут доставляться в патологический очаг с помощью веществ, имеющих высокое сродство к костной ткани. В качестве противоопухолевых белков предполагается использовать рекомбинантные белки-цитокины (фактор некроза опухоли альфа, интерферон гамма), в качестве средства доставки-одного из представителей класса бифосфонатов, алендроновую кислоту. Выбор противоопухолевых веществ обусловлен тем, что ФНО-альфа и ИФН-гамма обладают прямым цитостатическим, цитотоксическим и апоптогенным действием в отношении опухолевых клеток, а также способностью повышать активность клеток иммунной системы, участвующих в реализации противоопухолевого иммунного ответа. Существенным является также то, что ФНО-альфа и ИФН-гамма, подобно ряду других цитокинов, принимают активное участие в регуляции процессов ремоделирования кости, обеспечивая поддержание баланса между активностью остеобластов и остеокластов. В качестве вектора для доставки противоопухолевых цитокинов в кости выбраны бифосфонаты, отличающиеся высоким аффинитетом к гидроксиапатиту костного матрикса. Целью проекта является разработка методов получения противоопухолевого препарата направленного действия на основе фактора некроза опухоли альфа, интерферона гамма и алендроновой кислоты– прототипа принципиально нового лекарственного средства для лечения костных метастазов.

Основные планируемые результаты проекта:
Результатом работ по проекту будет способ получения противоопухолевого препарата направленного действия на основе фактора некроза опухоли альфа, интерферона гамма и алендроновой кислоты– прототипа принципиально нового лекарственного препарата для лечения костных метастазов. Особенность и преимущество разрабатываемого препарата заключается в мультифункциональности его фармакологического действия, что будет выражаться в сочетании противоопухолевой активности в отношении вторичных опухолевых образований костной системы, с одной стороны, и способности ослаблять резорбцию костной ткани и стимулировать процессы костной регенерации, с другой. Результаты, которые будут получены в ходе выполнения проекта, будут соответствовать мировому уровню исследований в области создания противоопухолевых препаратов на основе белков-цитокинов, при этом предлагаемый подход отличается несомненной новизной и патентоспособностью.

В ходе выполнения проекта будут получены следующие научно-технические результаты:
1. аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы по проблеме разработки лекарственных препаратов на основе бифосфонатов и биологически активных веществ пептидной природы для лечения костных патологий, статей в ведущих зарубежных и российских научных журналах, монографий и патентов - не менее 15 научно-информационных источников за период 2009 – 2013 г.г.;
2. отчет о патентных исследованиях в соответствии с ГОСТ 15.011-96;
3. методы получения конъюгатов и конструкций, содержащих алендроновую кислоту, рекомбинантные ФНО-альфа и ИФН-гамма человека;
4. экспериментальные образцы конъюгатов и конструкций, содержащих алендроновую кислоту, ФНО-альфа и ИФН-гамма;
5. программа и методики физико-химических и биологических исследований;
6. данные о сохранении физико-химических свойств и активности цитокинов в составе конъюгатов и конструкций;
7. данные об уровне накопления и высвобождения конъюгатов и конструкций, содержащих бифосфонат и цитокины, на модели костной ткани in vitro;
8. данные об уровне накопления конъюгатов и конструкций в костной и опухолевой ткани в условиях экспериментального моделирования костных метастазов;
9. данные об уровне противоопухолевой активности препаратов;
10. данные об уровне антирезорбционной активности препаратов в отношении костной ткани;
11. данные об оптимальном составе препарата, представляющего собой конъюгаты алендроновой кислоты с ФНО-альфа или ИФН-гамма либо несущие эти компоненты конструкции, для реализации противоопухолевого действия;
12. проект технического задания на выполнение прикладной НИОКР по созданию технологии получения нового лекарственного средства;
13. промежуточные и заключительный отчеты, оформленные в соответствии с ГОСТ 7.32-2001.

В результате выполнения проекта предполагается получить прототип лекарственного средства, отличающийся способностью обеспечивать:
-накопление противоопухолевых цитокинов ФНО-альфа, ИФН-гамма в области экспериментальной опухоли в кости до уровня, не менее чем в 2 раза превышающего концентрацию препаратов в крови;
-снижение содержания ФНО-альфа и ИФН-гамма в сыворотке крови в течение часа после внутривенного введения не менее чем на 90%;
-торможение роста экспериментальных метастазов опухоли не менее чем на 30%;
-статистически значимое ингибирование уменьшения объема костной ткани не менее, чем на 25%.

Для решения поставленной задачи предполагается использовать два методических подхода. Первый заключается в получении конъюгатов аминосодержащего бифосфаната (алендроновой кислоты) с белками-цитокинами. Методы ковалентного присоединения цитокинов к различным носителям (монометоксиполиэтиленгликоль, полиглюкин, поливинилпирролидон, дивиниловый эфир) довольно хорошо описаны (Kamada H. Et al., 2000; Li Y.-P. et al., 2001; Шмелев В.А., 2008). Исследованы и некоторые стратегии конъюгирования бисфосфонатов с лекарственными средствами (Herczegh P. et al., 2002; Doschak M.R. et al., 2009; Hirabayashi H. et al., 2001; Ora M. et al., 2008).
В данном проекте конъюгаты между бифосфанатами и белками могут быть получены в результате межмолекулярных сшивок с использованием водорастворимых карбодиимидов или бифункциональных сшивающих агентов, методология применения которых хорошо разработана (Маршелл Р.К., Инглис А.С., 1989). В случае возможных стерических затруднений, которые могут повлиять на сшивку аминосодержащих бифосфанатов с аминогруппами остатков лизина белка, для получения конъюгатов может быть использован метод, основанный на получении промежуточного тио-производного бифосфаната (Uludagetal., 2000, Uludag, Yang, 2002).
Второй методический подход состоит в получении наночастиц,которые могли бы служить переносчиками молекул цитокинов и бифосфаната. Работы по созданию транспортных форм фактора некроза опухоли альфа (ФНО-альфа) в виде неорганических наночастиц, синтетических полимеров, липосом ведутся во многих странах мира (Visaria R.K. et al., 2006; Farma J.M. et al., 2007; Yang A. et al., 2007; Messerschmidt S.K. et al., 2009). Показано, что использование этих транспортных систем позволяет повысить противоопухолевую активность, накопление белка в ткани опухоли и обеспечить его стабилизацию. Авторами данного проекта разработаны способы получения конструкций, представляющих собой наночастицы, ядро которых образовано двуспиральной РНК, покрытой полисахаридной оболочкой, на поверхности которой экспонированы молекулы ФНО-альфа или интерферона гамма (ИФН-гамма) (Лебедев Л.Р. и др, 2000; Гамалей С.Г. и др., 2010; Korovina O.S. et al., 2013).В данном проекте предполагается использовать аналогичный подход для получения наночастиц на основе белков-цитокинов и алендроновой кислоты, удерживаемых в результате ионных связей. В качестве альтернативного варианта предполагается инкапсулировать ФНО-альфа или ИФН-гамма в нано- или микрочастицы из альгиновой кислоты (или пектинов, гиалуроновой кислоты), молекулы которой поперечно сшиты ионами кальция. Проведение инкапсулирования в присутствии бифосфаната позволит получать нано- и микрочастицы с бифосфанатом, распределенным как внутри частиц, так и на их поверхности, обеспечивая тем самым сродство к костной ткани.
Важным этапом решения поставленной задачи является оценка противоопухолевой активности полученных конъюгатов и конструкций, а также их способности ингибировать процессы разрушения костной ткани. Исследование противоопухолевой и антирезорбтивной активности препаратов планируется провести на экспериментальной модели костных метастазов на мышах-опухоленосителях с использованием метода гистологического и гистохимического анализа метастатических очагов в динамике. По результатам биологических исследований будет осуществлен выбор наиболее перспективного варианта транспортной системы и оптимального соотношения цитокинов и бифосфоната в составе разрабатываемого прототипа оригинального лекарственного препарата.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Областью применения препарата по завершении НИОКР по разработке лекарственного средства для лечения костных метастазов и организации производства нового препарата будет онкологическая практика. Предполагается, что препарат будет использоваться для лечения запущенных форм рака, характеризующихся метастатическим поражением костной системы (рак молочной железы, предстательной железы, почечноклеточный рак и др.). Социальный эффект внедрения препарата в клиническую практику заключается в повышении эффективности лечения онкологической патологии, снижении инвалидизации населения, повышении длительности и качества жизни.Созданный препарат по прогнозным исследованиям будет обладать более высокой противоопухолевой эффективностью в отношении метастатических поражений костей, чем применяемые в настоящее время препараты. Кроме того, он будет отличаться более широким спектром терапевтического действия, проявляющемся в нормализации структуры и архитектоники костных тканей в условиях роста опухолевых метастазов. Подобный препарат в силу своих преимуществ имеет хорошие перспективы стать действенным инструментом в руках онкологов и окажется конкурентоспособным на мировом рынке.
В дальнейшем данные о принципиальной возможности получения белковых препаратов с повышенной тропностью к костной ткани на основе алендроновой кислоты либо других типов бифосфонатов могут быть использованы при разработке новых средств лечения и других видов костных патологий, таких как остепороз, остеопетроз и т.д. Это позволит многократно расширить сферу применения данной разработки.
Потенциальный рынок лекарственного препарата, который может быть создан в дальнейшем на основе разработанного прототипа, очень значителен. Потребность в препаратах для лечения костных метастазов, учитывая их распространенность и частоту прохождения курсов химиотерапии, может составлять до 1,0 млн. доз в год, что при цене за дозу (500 тыс.Ед.) 1000 руб. составит до 1 млрд. руб. ежегодно.
Таким образом, успешная реализация проекта по созданию инновационного противоопухолевого средства не только позволит сохранить жизнь и здоровье миллионам пациентов, но также способна приносить значительную экономическую отдачу. Защищенный патентами, зарегистрированный для медицинского применения и лицензированный к производству новый препарат в состоянии обеспечить стабильное поступление прибыли и может выступить отправной точкой для дальнейшего развития в России направления по конструированию биопрепаратов адресного действия для лечения социально значимых болезней.

Текущие результаты проекта:
1.1 Выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках НИР, в том числе обзор научных информационных источников: статьи в ведущих зарубежных и российских научных журналах, монографии и патенты - 72 научно-информационных источника за период 2008 – 2014 гг.
1.2. Выполнены патентные исследования в соответствии с ГОСТ 15.011-96.
1.3. Обоснован выбор направления исследований, включая обоснование выбора методов получения конъюгатов и конструкций, содержащих алендроновую кислоту, ФНО-альфа и ИФН-гамма, методов проведения физико-химических исследований и анализа биологической активности.
1.4. Разработана Программа экспериментальных исследований.
1.5. Выбрана и обоснована экспериментальная модель костных метастазов, методы оценки эффективности противоопухолевого и антирезорбтивного действия конъюгатов или конструкций, содержащих алендроновую кислоту, ФНО-альфа или ИФН-гамма.
1.6. Наработана биомасса штаммов- продуцентов ФНО-альфа и ИФН-гамма человека.
1.7. Получены образцы рекомбинантных ФНО-альфа и ИФН-гамма человека, компонентов конъюгатов и конструкций, охарактеризованы по специфической активности и физико-химическим показателям в соответствии с проектами ФСП.
1.8.Наработана биомасса штаммов-продуцентов ФНО-альфа и ИФН-гамма человека.
1.9. Подведены итоги этапа и подготовлена отчетная документация.