Разработка прототипа тераностической системы на основе наночастиц кремнезема с иммобилизированными флуоресцентными красителями и направляющим лигандом VEGF

Актуальность. Введение некоторых лекарств вызывает нежелательные явления, связанные с системным воздействием действующего вещества на организм. Селективное нацеливание лекарственного средства на пораженную ткань способно избирательно повысить концентрацию вещества именно в зоне интереса, тем самым снизив системное влияние и усилив локальный терапевтический эффект.

Цель. Создание средства направленной доставки тераностических агентов с использованием рекомбинантного фактора роста эндотелия сосудов типа А человека (rhVEGF-A121) в качестве направляющего лиганда.

Материалы и методы. Для создания тераностического комплекса были использованы коммерчески доступные реактивы: рекомбинантный белок rhVEGF-A121 и пирогенный кремнезем Аэросил. Тозильный спейсер, соединяющий оба компонента, был синтезирован в условиях лаборатории. Конъюгация белка с флуорофорами также проводилась собственными силами. Для иммобилизации взяты индоцианин зеленый и Родамин Б.

Результаты. В ходе работы проведена функционализация наночастиц кремнезема (НЧК) Аэросил тозильным спейсером, синтезированы конъюгаты НЧК с rhVEGF-A121, получены тераностические конструкции на основе НЧК, включающие rhVEGF-A121, в качестве направляющего лиганда, и ИЦЗ/Родамин Б, в качестве визуализирующей метки.

Заключение. В представленном исследовании разработан прототип средства направленной доставки тераностического агента в ткани с активно протекающим процессом ангиогенеза, например, в опухолевые и ишемизированные ткани. Для решения задачи проведена иммобилизация на поверхности наночастицы кремнезема (НЧК) направляющего лиганда, в качестве которого использован рекомбинантный белок фактора роста эндотелия сосудов человека (rhVEGF). Подобная синтетическая конструкция позволит доставлять диагностические и/или лекарственные вещества, заключенные в НЧК, непосредственно к клеткам, усиленно экспрессирующим экстрацеллюлярные специфические рецепторы для данного фактора роста, а именно протеин-тирозиновые киназы семейства VEGFR. В последующих экспериментах in vivo оценка эффективности доставки будет оцениваться по накоплению в тканях флуорофоров ИЦЗ и Родамина Б, которые были конъюгированы с белком направляющего лиганда.

1. Ferrara N, Gerber HP, LeCouter J. The biology of VEGF and its receptors. Nat Med. 2003;9:669–676. DOI: 10.1038/nm0603-669.

2. Nagy JA, Dvorak AM, Dvorak HF. VEGF-A and the induction of pathological angiogenesis. Annu Rev Pathol. 2007;2:251–75. DOI: 10.1146/annurev.pathol.2.010506.134925.

3. Peach CJ, Mignone VW, Arruda MA, et al. Molecular Pharmacology of VEGF-A Isoforms: Binding and Signalling at VEGFR2. Int J Mol Sci. 2018; 19(4):1264. DOI: 10.3390/ijms19041264.

4. Senger DR, Galli SJ, Dvorak AM, et al. Tumor cells secrete a vascular permeability factor that promotes accumulation of ascites fluid. Science. 1983;219(4587):983– 5. DOI: 10.1126/science.6823562.

5. Leung DW, Cachianes G, Kuang WJ, et al., Vascular Endothelial Growth Factor Is a Secreted Angiogenic Mitogen. Science. 1989;246:1306–1309. DOI: 10.1126/science.2479986.

6. Ferrara N, Henzel WJ. Pituitary follicular cells secrete a novel heparin-binding growth factor specific for vascular endothelial cells. Biochem Biophys Res Commun. 1989;161(2):851–8. DOI: 10.1016/0006-291x(89)92678-8.

7. Claesson-Welsh L, Welsh M. VEGFA and tumour angiogenesis. J Intern Med. 2013;273(2):114–27. DOI: 10.1111/joim.12019.

8. Houck KA, Ferrara N, Winer J, et al. The vascular endothelial growth factor family: identification of a fourth molecular species and characterization of alternative splicing of RNA. Mol Endocrinol. 1991;5(12):1806–14. DOI: 10.1210/mend-5-12-1806.

9. Tischer E, Mitchell R, Hartman T, et al. The human gene for vascular endothelial growth factor. Multiple protein forms are encoded through alternative exon splicing. J Biol Chem. 1991;266(18):11947–54.

10. Sa-Nguanraksa D, O-Charoenrat P. The role of vascular endothelial growth factor a polymorphisms in breast cancer. Int J Mol Sci. 2012;13(11):14845–64. DOI: 10.3390/ijms131114845.

11. Ferrara N, Adamis AP. Ten years of anti-vascular endothelial growth factor therapy. Nat Rev Drug Discov. 2016;15(6):385–403. DOI: 10.1038/nrd.2015.17.

12. Ferrara N, Hillan KJ, Novotny W. Bevacizumab (Avastin), a humanized anti-VEGF monoclonal antibody for cancer therapy. Biochem Biophys Res Commun. 2005; 333(2):328–35. DOI: 10.1016/j.bbrc.2005.05.132.

13. Mamer SB, Wittenkeller A, Imoukhuede PI. VEGF-A splice variants bind VEGFRs with differential affinities. Sci Rep. 2020;10(1):14413. DOI: 10.1038/s41598-020-71484-y.

14. Huang Y, Li P, Zhao R, et al. Silica nanoparticles: Biomedical applications and toxicity. Biomed Pharmacother. 2022 Jul;151:113053. DOI: 10.1016/j.biopha.2022.113053. Epub 2022 May 17. PMID: 35594717.

15. Kirla H, Henry DJ, Jansen S, et al. Use of Silica Nanoparticles for Drug Delivery in Cardiovascular Disease. Clin Ther. 2023 Nov;45(11):1060–1068. DOI: 10.1016/j.clinthera.2023.08.017. Epub 2023 Oct 1. PMID: 37783646.

16. Galagudza M, Korolev D, Postnov V, et al. Passive targeting of ischemic-reperfused myocardium with adenosine-loaded silica nanoparticles. Int J of Nanomed. 2012; 7:1–8.

17. Галагудза М.М., Королев Д.В., Сыренский А.В. и др. Способ кардиопротекции. Патент на изобретение RU 2456024 от 26.04.2010 г.

18. Галагудза М.М., Королев Д.В., Сонин Д.Л. и др. Направленная доставка лекарственных препаратов — итоги последних лет и перспективы. Нанотехнологии. Экология. Производство. 2010;1:132–138.

19. Галагудза М.М., Королев Д.В., Сонин Д.Л. и др. Пассивная направленная доставка лекарственных препаратов в ишемизированный миокард с использованием наночастиц кремнезема. Российские нанотехнологии. 2010;5:(11–12):92–97.

20. Смирнова Н. Эффективность энтеросорбента «Полисорб МП» у больных инфекционными заболеваниями. Врач. 2007;3:80–82.

21. Ратникова Л., Пермитина М., Попилов А. Полисорб при токсическом гепатите. Врач. 2007;2:64–66.

22. Лисичкин Г.В. Химия привитых поверхностных соединений. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. С. 592.

23. Mehra NK, Mishra V, Jain NK. Receptor-based targeting of therapeutics. Ther Deliv. 2013;4(3):369–94. DOI: 10.4155/tde.13.6.

24. Чебуркин Ю.В., Князева Т.Г., Петер Ш. и др. Молекулярный портрет карцином почки человека, полученный на основе экспрессии протеин-тирозин-киназ и тирозин-фосфатаз, контролирующих передачу регуляторных сигналов в клетках. Молекулярная биология. 2002;36(3):480–490. DOI: 10.1023/A:1016059313254.

25. Michigami M, Takahashi K, Yamashita H, et al. A “ligand-targeting” peptide-drug conjugate: Targeted intracellular drug delivery by VEGF-binding helixloop-helix peptides via receptor-mediated endocytosis. PLoS One. 2021;16(2):e0247045. DOI: 10.1371/journal. pone.0247045.5.

26. Master AM, Sen Gupta A. EGF receptor-targeted nanocarriers for enhanced cancer treatment. Nanomedicine (Lond). 2012;7(12):1895–906. DOI: 10.2217/nnm.12.160.

27. Habban Akhter M, Sateesh Madhav N, Ahmad J. Epidermal growth factor receptor based active targeting: a paradigm shift towards advance tumor therapy. Artif Cells Nanomed Biotechnol. 2018;46(sup2):1188–1198. DOI: 10.1080/21691401.2018.1481863.

28. Terada T, Mizobata M, Kawakami S, et al. Basic fibroblast growth factor-binding peptide as a novel targeting ligand of drug carrier to tumor cells. J Drug Target. 2006;14(8):536–545. DOI: 10.1080/10611860600849498.

29. Wu Y, Lu C-T, Li W-F, et al. Preparation and antitumor activity of bFGF-mediated active targeting doxorubicin microbubbles, Drug Dev Ind Pharm. 2013;39(11):1712– 1719. DOI: 10.3109/03639045.2012.730527.

30. Wang X, Li S, Shi Y, et al. The development of site-specific drug delivery nanocarriers based on receptor mediation. J Control Release. 2014;193:139–153. DOI: 10.1016/j.jconrel.2014.05.028.

31. Jain N, Smith SW, Ghone S, et al. Current ADC Linker Chemistry. Pharm Res. 2015;32(11):3526–40. DOI: 10.1007/s11095-015-1657-7.

32. Gocheva G, Ivanova A. A Look at Receptor– Ligand Pairs for Active-Targeting Drug Delivery from Crystallographic and Molecular Dynamics Perspectives. Mol Pharm. 2019;16(8):3293–3321. DOI: 10.1021/acs. molpharmaceut.9b00250.

33. Князев Ю.П., Чебуркин Ю.В., Спикерманн К. и др. Профили экспрессии протеинкиназ и фосфатаз, полученные с помощью упорядоченных наборов кДНК (cDNA Arrays): молекулярный портрет рака предстательной железы. Молекулярная биология. 2003;37(1): 97–111. DOI: 10.1023/A:1022341015018.