Центр теоретических проблем

физико-химической фармакологии,

Российской академии наук

ru

О направлении

Эритроциты – это перспективная лекарственная форма для множества препаратов, которые обладают коротким периодом полувыведения, токсичностью, обусловленной высокими дозами, а также иммуногенностью. Включенные в эритроциты, низкомолекулярные препараты могут медленно высвобождаться в кровоток, а ферменты могут функционировать в самой клетке, удаляя токсичные субстраты из кровотока. При этом низкомолекулярный препарат лишается токсичных пиковых доз и приобретает оптимальную фармакокинетику, а фермент становится защищенным от иммунной системы организма и не вызывает аллергических реакций.

Разработка эритроцитов-биореакторов для удаления аммония из крови

Такие биореакторы необходимы для лечения гипераммонемии. Это состояние вызывается различными причинами: врожденные генетические дефициты ферментов цикла мочевины, приобретенные поражения печени (цирроз, отравления, рак печени), последствия химиотерапии, пересадки костного мозга и т.д. Аммоний токсичен для ЦНС, поэтому пациенты с гипераммонемией могут страдать от тремора, тошноты, потери сознания, отёка мозга или впасть в кому. Существующие методы лечения гипераммонемии недостаточно эффективны. Наша группа с помощью математического моделирования предложила тандем ферментов, при включении которых в эритроцит, можно получить эффективный биореактор (со скоростью утилизации аммония до 6 мМ/час на л эритроцитов), встроенный в метаболизм эритроцита.
image

Реакции гликолиза и реакции, включенных в эритроцит ферментов (в голубой рамке)

Этот тандем был включен в эритроциты методом гипоосмотического диализа, и его эффективность проверена экспериментально в системе in vitro. (рис.2) Скорость утилизации аммония достигла 1,5 мМ/час на л эритроцитов.
image

Сравнение теоретически рассчитанной и измеренной in vitro скорости утилизации аммония ферментной системой GDH+ААТ. Красные кривые представляют теоретический расчет

Для того, чтобы преодолеть ряд ограничений скорости, ведется разработка метода для более эффективного включения этих ферментов, а также поиск ферментов с другими свойствами.

Разработка стерильной процедуры для включения в эритроциты химиопрепарата L-аспарагиназы

L-аспарагиназа из E.Coli – это фермент, который используется в терапии острого лимфобластного лейкоза и неходжкинских лимфом. Гидролизуя аспарагин до аспартата, L-аспарагиназа лишает опухолевые клетки важной аминокислоты и приводит к их гибели. При этом здоровые клетки способны самостоятельно синтезировать аспарагин. Будучи чужеродным для организма белком, L-аспарагина вызывает реакции иммунной системы, проявляющиеся у пациентов аллергией разной степени, а также быстро выводится из организма. Поэтому её вводят в высоких дозах, что в свою очередь затрагивает и здоровые клетки, и приводит к множеству побочных эффектов. Эритроциты с включенной L-аспарагиназой могут ликвидировать все эти эффекты, а фермент продолжит гидролизовать аспарагин уже внутри эритроцита. Нашей группой разработана стерильная процедура включения L-аспарагиназы методом проточного диализа.
image

Внешний вид установки для стерильного включения L-аспарагиназы в эритроциты

Подобраны оптимальные условия для включения, полученные эритроциты стерильны. Далее планируется исследование хранения эритроцитов, а также разработка протокола клинических исследований нового способа введения препарата L-аспарагиназы.

Разработка прибора для автоматического включения ферментов в эритроциты методом проточного диализа

image

Структурная схема прибора для включения ферментов в эритроциты

Технология включения ферментов в эритроциты трудоёмкая и требует специальных знаний. Для того, чтобы процедура включения повсеместно применялась и была рутинной в клинической практике, ведется разработка прибора для автоматизации процедуры. Наша группа разработала схему такого прибора и сейчас ведется разработка элементов установки: регуляторов давления, потока эритроцитной взвеси, а также разработка датчика гематокрита, чувствительного к широкому диапазону гематокрита. Далее планируется разработать блок инкубации и собрать первый прототип прибора.