Более точные in vitro тесты могут улучшить наномедицину

Вакцины на основе матричной РНК (mRNA) — яркий пример перспективной области наномедицины. Однако прогресс в разработке и применении наночастиц как эффективных средств доставки для биофармацевтических препаратов, содержащих нуклеиновые кислоты или белки, к сожалению, идёт очень медленно.

Одним из недавних препятствий для исследований в области доставки лекарств стала наблюдаемая слабая корреляция между эффективностью in vitro (вне живого организма) и in vivo (внутри живого организма). Эта проблема не была очевидна на ранних этапах, когда доставку наноносителя в клетку тестировали в основном на стандартных клеточных культурах. С появлением продвинутых фармакологических исследований in vivo на мышах или пациентах становится ясна низкая надёжность и валидность тестирования на клеточных культурах для терапевтического применения.

При внутривенном введении наночастицы сталкиваются с рядом препятствий, которых нет в условиях in vitro, например, при контакте с компонентами крови. Наночастицы обычно покрываются биомолекулярным мультислоем (протеиновой короной), что изменяет физико-химические свойства, фармакокинетику и профиль токсичности наночастиц.

В журнале Biophysics Reviews исследователи из Германии представили передовую характеристику протеиновой короны, формирующейся вокруг наночастиц, и её влияния на их физико-химические и биологические свойства.

«При прогнозировании эффективности in vivo на основе данных in vitro рекомендуется комбинировать несколько аналитических и биологических методов характеризации, чтобы получить более детальное представление о характеристиках и поведении наночастиц in vivo», — сказала Симона Бергер, соавтор из Мюнхенского университета имени Людвига и Максимилиана.

Выбор биожидкости — сыворотки, плазмы или цельной крови, а также её происхождения (животное) — и разработка стандартизированных протоколов имеют большое значение для более последовательных, надёжных и комплексных доклинических исследований, позволяющих вывести взаимосвязи «структура-активность» и корреляции in vitro/in vivo.

«Знания, полученные о формировании протеиновой короны, можно использовать для оптимизации носителей в наномедицинских целях», — отметила Бергер.

Исследователи указывают, что такую информацию, как биораспределение in vivo и побочные эффекты, невозможно получить из экспериментов in vitro. Однако новые методы высокопроизводительного скрининга, такие как система штрих-кодирования, могут сделать исследования in vivo более эффективными, экономичными и этичными.

Остаётся некоторая неопределённость в переносимости данных с мелких на крупных животных и людей, но биоинформатика может помочь в выборе наиболее подходящих животных моделей для определённых заболеваний.

«Альтернативы животным моделям, такие как микрофлюидная технология «орган-на-чипе» или компьютерное моделирование, могут стать перспективными стратегиями для замены исследований на животных в будущем», — сказала Бергер.

Наномедицина демонстрирует «огромный потенциал для революции в терапевтическом ландшафте с широким спектром применений, таких как противораковые вакцины/иммунотерапия или лечение генетических заболеваний», — заявила Бергер. — «С помощью правильных и более прогностических анализов in vitro доклинический конвейер станет более эффективным, быстрым и экономичным. И что важно, эксперименты на животных можно будет заменить или, по крайней мере, сократить».