Клеточные пузырьки доставят лекарство от болезни Паркинсона прямо в головной мозг

Исследователи из Университета Северной Каролины в Чапел Хилл (University of North Carolina at Chapel Hill, США) использовали экзосомы – крошечные пузырьки из протеинов и липидов, формируемые в клетках, – для преодоления гемато-энцефалического барьера и доставки антиоксиданта прямо в головной мозг для лечения болезни Паркинсона.

«Со стороны это выглядит, как спрей для носа», – говорит Елена Батракова (Elena Batrakova), работавшая над исследованием совместно с коллегами из Центра Нанотехнологий в Доставке Лекарств (Center for Nanotechnology in Drug Delivery) Школы Фармакологии при Университете Северной Каролины (UNC Eshelman School of Pharmacy).

Батракова и ее коллеги выделили экзосомы из клеток иммунной системы и успешно загрузили в них фермент каталазу – потенциальный антиоксидант, противодействующий губительному для нейронов воспалительному процессу, ответственному за развитие болезни Паркинсона и других нейродегенеративных заболеваний. Результаты исследования опубликованы в Journal of Controlled Release.

Это первый случай, когда крупный белок с терапевтическим назначением, подобный каталазе, доставляется в головной мозг с использованием экзосом. Доставка лекарственных препаратов в мозг особенно сложна из-за наличия гемато-энцефалического барьера, изолирующего центральную нервную систему от кровеносной системы и обладающего избирательной проницаемостью.

Батракова и ее группа в фармацевтической школе выделила экзосомы из макрофагов – белых клеток крови, которые захватывают и переваривают чужеродные и токсичные для организма частицы. Экзосомы представляют собой крошечные сферы, формируемые мембранами клеток для перемещения химических сигналов. Инфекционные агенты, вызывающие, например, рак и СПИД, распространяются по организму путем захвата экзосом.

«Экзосомы, формируемые естественным образом, являются идеальным средством транспортировки белков и генетического материала, – говорит Батракова, – Каталаза – огромный фермент, ее невозможно самостоятельно доставить в головной мозг через гемато-энцефалический барьер. Мы использовали экзосомы лейкоцитов, которые невидимы для иммунной системы и легко взаимодействуют и сливаются с гемато-энцефалическим барьером, доставляя груз через него».

Каталаза противостоит действию свободных радикалов – вредоносных молекул, являющихся побочными продуктами клеточной активности, которые преобладают в очагах хронического воспаления.

«Каталаза – один из наиболее многообещающих антиоксидантов в природе. Одна молекула каталазы способна деактивировать около 1 млн. свободных радикалов в секунду, и она не останавливается, поскольку фермент не расходуется в ходе реакции. Ни одна лекарственная молекула не способна даже близко сравниться с этим ферментом в скорости или эффективности», – рассказывает Батракова.

Как правило, традиционные препараты, начиная с лекарств от простуды и до химиотерапевтических средств, представляют собой небольшие молекулы, состоящие из нескольких десятков атомов. Современные биофармпрепараты, или биолоджики, – белки, вырабатываемые живыми клетками. Такие ферменты, как каталаза, в десятки тысяч раз крупнее небольших молекул, используемых в качестве стандартных препаратов.

Целью работы Батраковой является разработка персонализированных препаратов путем загрузки белков в экзосомы, полученные из лейкоцитов пациента. Такая форма медикамента не будет распознаваться иммунной системой пациента, работающей против неизвестных белков, а также многих синтетических способов доставки.

Исследователи из Университета Северной Каролины в Чапел Хилл показали, что экзосомы, нагруженные каталазой (красного цвета на фото), эффективно взаимодействуют с нейронами (черного цвета), защищая их от болезни Паркинсона. (фото: Elena Batrakova/UNC Eshelman School of Pharmacy)

По материалам University of North Carolina at Chapel Hill

Оригинальная статья:
Matthew J. Haney, Natalia L. Klyachko, Yuling Zhao, Richa Gupta, Evgeniya G. Plotnikova, Zhijian He, Tejash Patel, Aleksandr Piroyan, Marina Sokolsky, Alexander V. Kabanov, Elena V. Batrakova. Exosomes as drug delivery vehicles for Parkinson's disease therapy. Journal of Controlled Release, 2015; 207: 18 DOI: 10.1016/j.jconrel.2015.03.033