На сегодняшний день более 135 различных терапевтических белков и генов были одобрены Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США для клинического применения, и еще несколько терапевтических белков находятся в процессе разработки [1, 2]. Знаменательным открытием в медицинской науке стало то, что в 1922 году инсулин был очищен из бычьей и свиной поджелудочной железы и использован в качестве спасительной инъекции для пациентов с сахарным диабетом I типа (T1DM) [3]. В то время с лечением этим инсулином были связаны некоторые проблемы, такие как доступность поджелудочных желез животных, особенно бычьих и свиных, иммуногенность животного инсулина для некоторых пациентов и стоимость белка [4]. Было отмечено, что около 5% всех пациентов страдают аллергией на инсулин [5]. Проблема была решена с помощью технологии рекомбинантной ДНК, которая позволила получить рекомбинантный инсулин с помощью системы экспрессии E. coli [6, 7]. Инсулин стал первым коммерчески доступным рекомбинантным терапевтическим белком, одобренным US-FDA в 1982 году, и в настоящее время является наиболее значимым средством лечения T1DM [8, 9]. В настоящее время с помощью биотехнологий и технологии рекомбинантной ДНК разрабатывается и продается несколько рекомбинантных терапевтических белков, которые занимают наибольшую долю рынка в фармацевтическом секторе [10, 11].
С началом развития технологии рекомбинантной ДНК идея заключалась в использовании нуклеиновых кислот для лечения больных клеток, особенно клеток, в которых удален или мутирован ген. Для такого способа терапевтического применения в 1972 году Friedmann and Roblin предложили термин "генная терапия" [12]. После этого сообщения было много споров о плюсах и минусах технологии генотерапии [13]. Однако постепенно, благодаря новым преимуществам генотерапии, она входит в основное русло лечения. В мире завершено более 1800 клинических испытаний генотерапии, и многие из них продолжаются [14]. Поэтому разработка эффективной технологии доставки генов является одним из важных направлений для фармацевтической промышленности в настоящее время [15].
В настоящее время pharmaceutical delivery system (PDS) или система доставки лекарств (DDS) очень важна для фармацевтической промышленности. Многие фармакологические свойства традиционных молекул могут быть улучшены с помощью DDS [16, 17]. Эффективность и востребованность лекарственных молекул зависит от способа DDS. Фармацевтическая промышленность стремится к созданию новых DDS, которые могут придать новые свойства как существующим, так и вновь открытым препаратам. Новые DDS будут более эффективными и безопасными по сравнению с существующими [18]. В настоящее время многие существующие молекулы лекарственных средств и продаваемые препараты используют новые системы доставки и представляют большой интерес для врачей и медицинских работников [19, 20]. Отмечается, что рыночная стоимость, конкурентоспособность и срок действия патента может увеличиться для существующей молекулы-кандидата лекарства, если мы используем новую DDS. Таким образом, существующие молекулы-кандидаты лекарств могут предложить новую возможность повысить рыночную стоимость и конкурентоспособность на фармацевтическом рынке [21]. И наоборот, истечение срока действия патента является одной из главных тревог для фармацевтической промышленности. Новая DDS может обеспечить новую рыночную привлекательность существующей лекарственной молекулы. Поэтому разработка новых систем доставки является приоритетной задачей фармацевтических компаний для захвата мирового рынка. По прогнозам, фармацевтический рынок будет расти с совокупным годовым темпом роста около 5 % [22]. Биофармацевтика (особенно терапевтические белки и генная терапия) - одна из самых быстрорастущих областей фармацевтического бизнеса. Препараты первого поколения на основе терапевтических белков в настоящее время проходят через ряд трудностей и нуждаются в усовершенствовании. Система доставки терапевтического белка (TPDS) обеспечивает более длительное время циркуляции терапевтического белка в организме пациента и улучшенные фармакокинетические (PK) и фармакодинамические (PD) свойства и в настоящее время является чрезвычайно ценной с коммерческой точки зрения [23]. С другой стороны, эффективная система доставки генов может улучшить средства доставки генов в процессе генной терапии и, таким образом, способствовать более успешным клиническим результатам [24].
В этой статье мы попытались осветить системы доставки нового поколения и преимущества терапии белками или генной терапии. Мы постарались кратко описать общие процедуры доставки терапевтического белка или гена и различные системы доставки нового поколения, а именно: липосомы, PEGylation, HESylation и доставку на основе наночастиц, а также их подробное описание.
2. Why Proteins Therapy or Gene Therapy?
Согласно отчету Research and Markets "Global Protein Therapeutics Market Forecast to 2015", мировой рынок биофармацевтических препаратов растет и, вероятно, к 2016 году достигнет отметки в 143,4 доллара. Среди биофармацевтических препаратов максимальную долю рынка занимают терапевтические белки и доставка генов [25].
Было установлено, что белковая терапия имеет ряд преимуществ перед низкомолекулярными лекарственными препаратами, которые можно суммировать следующим образом. (i) Терапевтические белки могут обеспечить эффективное замещающее лечение в случае удаления или мутации гена. Такое лечение может помочь без всякой генотерапии. (ii) Белки выполняют очень скрупулезные и многообразные функции, которые являются явными и исключительными. Очень трудно имитировать эту отличительную функцию ферментов с помощью простых химических веществ. (iii) Было отмечено, что действие белков чрезвычайно специфично. Поэтому очень мало шансов помешать нормальным биологическим процессам с помощью терапевтических белков, которые вызывают несимпатичный эффект. (iv) Биологически наш организм вырабатывает множество видов белков, которые могут быть использованы в качестве терапевтических средств. Поскольку эти белки вырабатываются самим организмом, они хорошо переносятся. Поэтому вероятность неудачи во время клинических испытаний меньше. (v) Время получения разрешения регулирующих органов для терапевтических белков быстрее, чем для низкомолекулярных препаратов. Регуляторный орган США, US-FDA, утверждает терапевтический белок по сравнению с низкомолекулярными препаратами за короткий промежуток времени. С финансовой точки зрения эти преимущества делают терапевтический белок привлекательным для фармацевтической промышленности [1, 26].
Генотерапия может обеспечить новые методы лечения заболеваний, не имеющих эффективного традиционного лечения. Генотерапия может стать окончательным решением проблемы генетических заболеваний, поскольку она позволяет заменить удаленный или мутировавший ген для исправления генетических нарушений. Эта возможность изменения генетических нарушений приобретает все большее значение, и исследователи пытаются доставить гены в пораженные клетки. Основным фактором, влияющим на эффективность генотерапии, является система доставки генов. Усовершенствование системы доставки может повысить безопасность и длительную экспрессию интересующего гена, а также снизить вероятность мутагенеза конкретного гена. После заместительной генотерапии пациенту не нужно регулярно получать терапию белковыми препаратами, что делает ее одной из наиболее предпочтительных линий лечения [27, 28].
3. General Strategies for Therapeutic Protein or Gene Delivery System
Помимо вышеперечисленных преимуществ, у терапевтических белков и генов есть и некоторые недостатки. Основным недостатком является стабильность, связанная с этими белками или генами, которая часто не соответствует норме. Период полураспада также ограничен. Иммуногенность - еще одна проблема терапевтических белков или генов. Также было замечено, что светочувствительность, влажность, температура и т.д. препятствуют стабильности терапевтических белков. Для устранения этих ограничений было использовано множество стратегий. Среди них часто используются две стратегии: изменение самого терапевтического белка (разработка путем изменения конфигурации белка или ковалентного присоединения) и разработка рецептуры [29, 30]. Обычно белки конъюгируют с природными или синтетическими полимерами (PEGylation, HESylation и polysialylation) для изменения структуры терапевтических белков [31, 32]. С другой стороны, для преодоления существующих ограничений терапевтических белков также используются различные системы лекарственных формул. К таким системам относятся полимерные микросферы, полимерные наночастицы, липосомы и так далее [33].
Для доставки генов обычно используются вирусные и невирусные векторы. Основными системами доставки генов на основе вирусов являются адено-ассоциированные вирусные векторы [34], ретровирусные/лентивирусные векторы [35], а системы доставки на основе не вирусов - катионные липосомы [36] и PEGylated системы [37].
3.1. Liposome for Therapeutic Protein or Gene Delivery System
Эффективность ряда лекарственных препаратов часто ограничивается их возможностями по достижению места терапевтического воздействия. В большинстве случаев лишь небольшое количество контролируемой дозы достигает целевого участка, в то время как большая часть препарата распределяется по остальным частям организма в соответствии с его физико-химическими и биохимическими свойствами. Поэтому очень сложной задачей является усиление фармацевтического эффекта лекарств при одновременном снижении их токсичности in vivo. Достичь этих целей можно только с помощью систем доставки нового поколения. Липидные молекулы биомембран, взаимодействуя с молекулами воды, могут управлять транспортными явлениями и функциями белков с помощью анизотропного потока. После открытия в 1965 году липосомы стали использоваться для доставки пептидных и белковых препаратов [38-41]. Для разработки системы доставки лекарств на основе липосом необходимо постоянное распределение размеров, чтобы наноноситель обладал характеристиками in vitro (например, способность к загрузке лекарств, агрегация, седиментация и т.д. [42, 43]). Значительное внимание уделяется липосомным системам доставки лекарств благодаря их особым свойствам, таким как (i) успешная инкапсуляция молекул, где присутствуют как маленькие, так и большие молекулы, и молекулы имеют широкий диапазон гидрофобных уровней и значений pKa; (ii) продление и целевое высвобождение терапевтических агентов путем модификации поверхности липосом; и (iii) минимизация клинической дозы лекарства и снижение токсичности [44, 45].
Опубликован ряд успешных экспериментальных работ по медицинскому использованию липосом, состоящих из бислойной липидной мембраны, в качестве носителя лекарственных препаратов с целью снижения токсичности лекарств или нацеливания их на конкретные клетки [46-49] (рис. 1). Очевидно, что рассмотреть все актуальные вопросы не представляется возможным, поэтому акцент будет сделан на некоторых ключевых темах, включая успехи и основные проблемы и ограничения применения липосом для доставки белков и пептидов.
Figure 1
Diagrammatic representation of lipid bilayer used for encapsulating therapeutic proteins and genes for their delivery.
3.2. Liposome Preparation
Основная цель использования липосом в качестве носителей лекарств - воздействие на специфические ткани, такие как опухоли, а также снижение побочных токсических эффектов в чувствительных органах, таких как печень, сердце и почки. Кроме того, можно увеличить терапевтический индекс липосомных носителей по сравнению с соответствующими обычными препаратами за счет оптимизации состава липидов, размера липосом, текучести мембраны, поверхностного заряда, стерической стабилизации и т.д.
Амфифильные молекулы, используемые для приготовления липосомальных препаратов, основаны на структуре липидов биологических мембран [57-63]. Для синтеза липосом две углеводородные цепи обычно этерифицируются к глицериновой основе. Эти гидрофобные цепи далее соединяются с гидрофильной головной группой, содержащей фосфат или некоторые углеводные единицы. Эти головные группы липидов являются либо цвиттерионными (фосфатидилхолин, фосфатидилэтаноламин, сфингомиелин), либо отрицательно заряженными липидами (фосфатидная кислота, фосфатидилглицерин, фосфатидилсерин, фосфатидил инозитол, кардиолипин, замещенные гликолипиды, такие как моносиалоганглиозид), либо полностью незаряженными липидами (незамещенные гликолипиды). Примерами катионных амфифилов являются DOTAP, DODAC, DC-Chol, DMRIE, DOTMA, DOSPA, DOGS и многие другие.
Амфифильные липидные мономеры слабо растворимы в воде и имеют низкую критическую концентрацию мицелл (CMC), зависящую от длины углеводородной цепи. Эти одноцепочечные липиды (лизолипиды, свободные ненасыщенные ацильные цепи, детергенты и т.д.) спонтанно собираются в мицеллы, которые в дальнейшем выступают в качестве мембранных липидов и склонны к образованию бислоев. На рисунке 1 показаны бислойные структуры, образующие замкнутые везикулы - липосомы. Различают мультиламеллярные и униламеллярные везикулы, которые могут варьироваться от мельчайших (размер менее 100 нм), крупных (размер 100-500 нм) или огромных (размер ≥1 µм). Некоторые изолированные липиды или смеси липидов могут иметь неслоистую морфологию, например гексагональную или кубическую фазу.
Терапевтические гены и белки могут быть (i) инкапсулированы внутри липосомы и (ii) химически конъюгированы с поверхностными группами. С помощью липосом пассивная инкапсуляция может быть достигнута путем инкубации генов, белков или пептидов при температуре или несколько ниже температуры фазового перехода, используемой для приготовления липосом. Активная загрузка терапевтических генов и белков, называемая триггерной загрузкой, также может быть достигнута путем повышения температуры в присутствии этанолового буфера и легкого взбалтывания в течение определенного времени. Этот простой процесс является довольно быстрым и используется для достижения более высокой эффективности инкапсуляции [64]. Обычно белки должны существовать в водном ядре. С другой стороны, незакрытые гидрофобные участки белка могут взаимодействовать с липидной мембраной. Однако взаимодействие между белками и липидами обычно поддерживает биоактивность белков [65].
Первоначально конъюгация белков с липосомами изучалась с помощью глутаральдегида или 1-этил-3-(3-диметиламинопропил) карбодиимида (EDC); впоследствии исследователи также работали над селективными бифункциональными агентами сопряжения [66, 67]. Эти реакции стимулировали развитие липосом в дополнительные усовершенствованные формы, которые включают (i) иммунолипосомы, конъюгированные с антителами или фрагментами антител [68, 69], (ii) стелс-липосомы, соединенные с PEG, обеспечивающие защитную оболочку для уклонения от распознавания опсонинами и замедления клиренса [70-72], (iii) иммунолипосомы с пролонгированным течением, покрытые защитным полимером, а также антителами [71, 73], и (iv) липосомы нового поколения, позволяющие изменять внешнюю поверхность с помощью ряда соединений, которые используются как по отдельности, так и совместно, включая чувствительные к стимулам липиды, полимеры, пептиды, проникающие в клетки, и диагностические агенты [72, 73].
Для лечения опухолей и метастазов печени исследователи продолжают использовать галактозилированные липосомы для адресной доставки лекарств в печень [74]. Эти галактозилированные липосомы способны приводить к их использованию в системах доставки генов в клетки-мишени [75]. Присутствие липидов, способных образовывать не слоистые структуры, таких как диолеоилфосфатидилэтаноламин (DOPE), может способствовать дестабилизации бислоя, вызывая процессы слияния. DOPE оказался особенно полезным для образования комплексов катионных липосом с плазмидной ДНК для доставки генов [76, 77].
3.3. Liposomes Acting as Carriers of Protein and Gene Therapy
Биологически активные комплексы генов и белков, например, малые интерферирующие РНК (siRNA), цитокины, ферменты, пептидные гормоны и другие, являются препаратами выбора, которые могут быть очень полезны для лечения различных заболеваний. Встраивание этих терапевтических соединений/лекарств в липосомальные мембраны имеет ряд преимуществ, таких как высокая эффективность встраивания лекарств; стабильное удерживание лекарств в липосоме; предотвращение метаболической дегенерации лекарств; долгосрочная терапевтическая стадия. Поддерживающие эффекты, обеспечиваемые липосомами, используются для широкого спектра белков и генов. Супероксиддисмутаза (SOD), цитотоксический агент, используемый во время фагоцитоза, является ферментом, который защищает от воздействия супероксидного аниона. Было установлено, что липосомное инкапсулирование SOD повышает ее эффективность, расширяет циркуляцию и снижает перекисное окисление мембран в различных областях мозга [78, 79]. Также были описаны распыляемые порошковые препараты активной SOD в липосомах, смешанных с дисахаридами [80]. Потенциальная способность инкапсулированных в липосомы ферментов проникать в цитоплазму или лизосомы живых клеток имеет решающее значение для лечения врожденных заболеваний, вызванных аномальным поведением некоторых внутриклеточных ферментов [81]. Gaspar et al. сообщили, что выживаемость животных с аспарагинозависимыми опухолями, связанными со свободными ферментами, повышается при применении липосом, инкапсулировавших в аспарагиназу [82]. Кроме того, такая липосомная инкапсулированная аспарагиназа позволяет избежать образования анти-аспарагиназных антител. В другом исследовании наблюдалось усиление тромболитической активности тканевого активатора плазминогена, инкапсулированного в липосомы, по сравнению с нативным ферментом, при использовании его для тромболитической терапии у кроликов с тромбозом яремной вены [83]. Интересным подходом, использующим инкапсулированные в липосомы ферменты, является антитело-направленная ферментная про-лекарственная терапия (ADEPT), основанная на активации на месте химически модифицированных неактивных противораковых и противовирусных про-лекарств в активные терапевтические агенты [84]. Чтобы добиться специфической выработки активных цитотоксических молекул из неактивных препаратов в области опухолевых клеток, был разработан конъюгированный препарат, в котором опухоль-специфическое антитело сочетается с ферментом, отвечающим за превращение неактивного препарата в активную форму. Для усиления ферментативной активности обязательного фермента в опухолевых клетках вместо "прямых" конъюгатов антитело-фермент используются уникальные липосомы, а именно иммунолипосомы, нагруженные необходимым ферментом [85].
Несмотря на интенсивные усилия, направленные на разработку ряда различных катионных липидов [86-88], экспрессия генов может быть обнаружена только после местного введения, а не системной инъекции, наряду с очевидными токсическими побочными эффектами катионных липидов [89, 90]. Катионные комплексы липид-ДНК сталкиваются с дополнительными проблемами из-за их большого размера и высокого поверхностного заряда, что в совокупности приводит к быстрому выведению из кровообращения. Однако в огромной и быстро растущей литературе по доставке нуклеиновых кислот появилось большое количество теорий: (i) положительно заряженные катионные липиды, которые считаются необходимыми для эффективной связи нуклеиновых кислот с липидами [91], (ii) липосомы с положительным зарядом приводят к их быстрому очищению системой мононуклеарных фагоцитов (MPS), а не к специфическому связыванию с клетками [92], (iii) период полураспада при циркуляции, опосредованной липосомами доставке нуклеиновых кислот, который может быть увеличен путем изменения заряда поверхности до близкого к нейтральному либо путем покрытия катионных липосом (CCLs) [93], либо путем использования ионизируемых липидов [94-97], (iv) для специфического связывания и интернализации, целевые лиганды являются обязательными [98, 99], и (v) для терапевтической активности необходимо эффективное эндосомное высвобождение после интернализации [100], что может быть обеспечено ионизируемыми катионными липидами с оптимизированными дестабилизирующими способностями бислоя и pKa [97, 101].
4. PEGylation Carriers of Therapeutic Proteins and Genes
PEGylation - это процесс, в ходе которого цепи полиэтиленгликоля (PEG) конъюгируются с белками (терапевтическими белками), пептидами или любыми молекулами. В 1990 году Управление по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных препаратов США одобрило первый PEGylated терапевтический белок под торговым названием Adagen (pegadamase), выпускаемый американской фармацевтической компанией (Enzon Pharmaceuticals) для лечения тяжелого комбинированного иммунодефицита (SCID) [102]. После этого Управление по контролю за продуктами и лекарствами США одобрило около семи терапевтических белков [103]. На сегодняшний день в США продается несколько терапевтических препаратов (около 80 полипептидных лекарств) и около 350 проходят клинические испытания. Среди них много терапевтических PEGylated белков [104]. В процессе PEGylation увеличивается молекулярная масса терапевтических белков. Таким образом, это защищает терапевтический белок от воздействия протеолитических ферментов и, соответственно, деградации белков. Отмечается, что процесс PEGylation улучшает фармакокинетику терапевтического белка.
4.1. Procedure of PEGylation
PEGs - это гидрофильные, безопасные, неиммуногенные полимеры. Эти полимеры представляют собой химически инертные повторяющиеся единицы этиленоксида. С точки зрения токсичности, эта молекула считается довольно безопасной [103]. PEG-реагенты коммерчески доступны в виде линейных или разветвленных конфигураций с различной длиной, формой, химическим составом и молекулярным весом. Их можно приобрести у некоторых компаний из Азии, в частности, у корпорации NOF (Япония), SunBio (Южная Корея), Reddy's Lab (Индия) и JenKem (Китай). Другие важные компании - Chirotech Technology Limited (Великобритания), Creative PEGWorks (США) и так далее [104].
Для конъюгации с терапевтическими белками необходимо активировать PEG-мотив. Для реакции с PEG-мотивом могут быть использованы различные химические группы в аминокислоте боковой цепи терапевтического белка, такие как NH2, -NH-, -COOH, -OH, -SH-группы и дисульфидные (-S-S-) связи. Таким образом, в этом процессе происходит реакция между аминокислотой терапевтического белка и соответствующим образом активированными реагентами PEGилирования. Было показано, что реакционно-способными аминокислотами, которые часто участвуют в этом процессе конъюгации, являются аргинин, аспаргиновая кислота, гистидин, лизин, цистеин, глутаминовая кислота, треонин, тирозин и серин. Кроме того, N-концевая аминогруппа и С-концевая карбоновая кислота также вовлечены в эти реакции [105].
На сегодняшний день известно несколько PEGилированных терапевтических белков, включая Peginterferon a2b (PegIntron), PEGylation IFN-α2a в качестве предварительной терапии хронического гепатита С [106, 107] и моноPEGилированный TNF-α для противоопухолевой терапии [108] (рис. 2).
Figure 2
Schematic diagram representing systemic delivery of therapeutic proteins or genes following conjugation with polyethylene glycol molecules. Here, structural formulae for linear PEG and branched mPEG are also displayed.
Также проводилась генотерапия с использованием PEG. Дефицит аденозиндезаминазы (ADA-SCID) - разновидность иммунодефицита. ADA участвует в пуриновом пути спасения, а отсутствие этого фермента приводит к накоплению внутриклеточных и внеклеточных субстратов (аденозина или дезоксиаденозина), что оказывает неблагоприятное воздействие на функции различных типов клеток. В случае с иммунными клетками это приводит к тяжелой лимфопении с аномальным развитием Т-, В- и естественных клеток-киллеров (NK). Чтобы вылечить это иммунное расстройство, в Т-лимфоциты был перенесен PEGилированный ген аденозиндезаминазы [109, 110]. Генотерапия ADA-SCID показывает большие перспективы в лечении этого заболевания. С помощью этой системы доставки в мире было пролечено около 30 пациентов с ADA-SCID [111, 112]. Сообщалось, что иммунная функция восстанавливалась без поддержки заместительной ферментной терапии [113]. Кроме того, не было зарегистрировано никаких побочных явлений, связанных с технологией переноса генов с помощью PEG [114, 115].
4.2. Advantage of PEGylation Procedure
Этот процесс повышает растворимость терапевтических белков. Он обеспечивает растворимость в различных растворителях, таких как вода и различные органические растворители. Было замечено, что PEGилированный терапевтический белок улучшает свойство работать на конкретном участке. Также было обнаружено, что он улучшает PD, PK свойства белка. И наоборот, эта процедура снижает иммуногенность [116].
5. HESylation
HESylation использует производное гидроксиэтилкрахмала для конъюгации с белками (терапевтическими белками) или лекарственными молекулами для увеличения их размера. Название HESylation произошло от слова "HES", которое соответствует части производного гидроксиэтилкрахмала (hydroxyethyl starch). HES - это природные полимеры, присутствующие в крахмале вместе с амилопектиновыми волокнами. HES производятся из натурального кукурузного крахмала. Поэтому они обладают высокой биосовместимостью и биодеградируемостью и клинически одобрены в качестве расширителей объема плазмы (PVEs). Эти свойства делают его привлекательным гидрофильным полимером для технологий продления периода полу-выведения (ППВ) [117, 118]. Система HESylation обеспечивает терапевтическим молекулам увеличенный период полураспада при циркуляции. Было замечено, что это повышает стабильность терапевтического белка и усиливает биологическую активность. Европейская фармацевтическая компания (Fresenius Kabi, www.fresenius-kabi.com) регулярно применяет систему доставки HESylation для различных белков (например, эритропоэтина (EPO) и гранулоцитарно-колониестимулирующего фактора (G-CSH)) [26, 119].
6. Nanoparticle Based Delivery
Доставка терапевтических белков и генов с помощью наночастиц считается важным направлением в области доставки лекарств (рис. 3). Для доставки терапевтического белка или лекарства используется ряд систем доставки на основе белковых наночастиц, таких как альбумин [120], желатин [121] и legumin [122]. Напротив, многие природные полимеры и их производные, такие как хитозан, декстран и крахмальные наночастицы, также были опробованы для доставки различных белков и генов.
Figure 3
Schematic diagram depicting targeted delivery of antibody labelled silica nanoparticle to the tumour cell antigen.
Недавно было зарегистрировано использование дендримеров [123], биодеградируемых полимерных наночастиц [124] и наночастиц золота [125] для генотерапии. Исследователи обычно используют два метода доставки нуклеиновых кислот: инкапсуляцию или конъюгацию. Для нуклеиновых кислот, таких как плазмидная ДНК, РНК и siRNA, методы инкапсуляции обычно предпочтительны для доставки нуклеиновых кислот с помощью наночастиц [126]. Однако иногда эти нуклеиновые кислоты также конъюгируют с наночастицей для доставки [127-130]. Одним из методов связывания нуклеиновых кислот с наночастицей является модификация поверхности наночастицы и придание ей положительного заряда. Положительный заряд на наночастице будет способствовать легкому связыванию отрицательно заряженной ДНК. Однако этот метод используется для липосомного и другого полимер-опосредованного переноса генов [131]. Недавно некоторые исследователи создали поликатионные амфифильные наночастицы на основе циклодекстрина [132] и использовали их для доставки генов интерлейкина-12 (IL-12). Для терапевтической доставки siRNA одна группа исследователей использовала в качестве системы доставки биодеградируемый полимер, с привитым аргинином [133]. Эта система доставки улучшила накопление комплексов носитель- siRNA в опухолевой ткани. Однако существует острая необходимость в создании общей платформы для систем доставки на основе наночастиц, которые могут быть настроены только на доставку различных видов нуклеиновых кислот, таких как ДНК, РНК и siRNA, без каких-либо побочных эффектов для пациентов.
7. Future Prospects
Системам доставки белков и генов потребовалось более 25 лет, чтобы стать реальным фармацевтическим инструментом, и уже сейчас на рынке представлено несколько терапевтических белков и генов (табл. 1). Липосомы, PEGилирование, HESилирование и доставка на основе наночастиц в настоящее время являются наиболее предпочтительными процессами для улучшения PK и PD терапевтических препаратов на основе белков и генов. При разработке системы доставки следующего поколения необходимо учитывать некоторые моменты, которые заключаются в следующем: (i) простота препарата и системы его доставки: препарат должен быть простым в производстве, контроле качества, обращении и сравнительно недорогим. (ii) Проблемы безопасности должны быть минимальными. Не следует использовать дополнительные химические соединения, которые могут повлиять на стабильность структуры. (iii) Пероральная доставка терапевтических белков и генов все еще остается сложной задачей из-за их устойчивости к протеолизу. В дальнейшем исследования должны быть направлены на этот способ доставки.
Table 1 Next generation therapeutic proteins or genes and their delivery system which are in the market or in clinical trial.
8. Concluding Remarks
В эпоху молекулярной медицины было разработано множество способов доставки белков и генов с использованием липосом, PEGилирования, HESилирования и наночастиц. Последние два десятилетия стали свидетелями коммерчески доступных терапевтических продуктов белков и генов с различными видами систем доставки. Современная терапия следующего поколения на основе генов и белков также может повысить эффективность или снизить токсичность. Прогресс, достигнутый за последние два десятилетия в области доставки белков и генов, многообещающ и дает пациентам надежду на светлое будущее.
