Вместо таблеток и уколов: как ученые используют волосяные фолликулы для доставки лекарств? Интервью с физиком Юлией Свенской

Ученые Саратовского государственного университета разрабатывают технологии адресной доставки лекарств через кожные покровы. Используя волосяные фолликулы на теле человека в качестве «входных ворот» для медицинских препаратов, можно лечить не только кожные болезни, но и депрессии, нейродегенеративные и другие заболевания. Автор проекта Юлия Свенская рассказала корреспонденту «Научной России» об основных особенностях такой терапии. Подробнее ― в нашем интервью!

Справка: Юлия Игоревна Свенская ― кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории «Дистанционно управляемые системы для тераностики» Научного медицинского центра Саратовского национального исследовательского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского (участник федеральной программы «Приоритет-2030»), руководитель проекта РНФ «Биодеградируемые контейнеры для неинвазивной интрадермальной доставки глюкокортикостероидов».

― Какие особенности можно отметить, говоря о доставке лекарств через кожу? С какими сложностями приходится сталкиваться при таком способе введения препаратов?

―  Есть две большие группы способов введения лекарств: энтеральный, когда препарат вводится через слизистую оболочку ЖКТ, и парентеральный, то есть минующий ЖКТ, например назальная доставка, внутривенное введение и др. Мы пошли по второму пути ― связанному с доставкой лекарств через кожу. В таком случае вещество может как действовать на мишени внутри самой кожи, так и проходить дальше, попадая в кровоток.

Поскольку в нашей коже есть множество кровеносных сосудов, мы имеем возможность эффективно доставлять в организм препараты для лечения системных заболеваний.

Одно из основных преимуществ такого способа доставки ― снижение нагрузки на ЖКТ, что актуально для многих пациентов. За счет такого подхода снижается токсическое воздействие лекарств на организм. Кроме того, мы не используем игл, как в случае с внутривенными и внутримышечными инъекциями.

Если говорить о сложностях, то одна из основных проблем заключается в том, что наша кожа играет роль барьера, защищающего организм от внешних воздействий. Главную функцию здесь выполняет ее поверхностный слой, роговой. Есть много разных подходов, позволяющих временно нарушить его, чтобы действующие вещества могли пройти в более глубокие слои кожи. Эти подходы отличаются разной степенью инвазивности, но мы решили пойти по другому пути: стали использовать волосяные фолликулы, которые, по сути, представляют собой большой резервуар, уходящий на несколько миллиметров вглубь кожи.

Таким образом, доставляя вещество непосредственно в фолликулы, мы успешно достигаем своих мишеней и нам не нужно преодолевать роговой слой и травмировать кожу.

― Это удивительно, ведь волосяные фолликулы такие маленькие! Трудно представить, что в них можно поместить еще и какое-то вещество.

― На самом деле не такие уж и маленькие: диаметр волосков варьируется от десятков до сотни микрометров. Молекулы лекарств, в свою очередь, еще меньше. Но и здесь все не так гладко: дело в том, что внутри фолликулов тоже есть свой барьер, который нужно преодолевать. Волосы защищаются от всевозможных микроорганизмов, стремящих проникнуть в наш организм. К счастью, пару десятилетий назад ученые обнаружили, что наночастицы преимущественно проходят через кожу именно по пути волосяных фолликулов. Для этих целей стали использовать самые различные контейнеры: от липидных до неорганических всех доступных видов.

Волосяные фолликулы интересны еще и тем, что содержат в себе различные клетки-мишени, достигая которых мы можем лечить большой спектр кожных заболеваний.

В фолликулах можно обнаружить большое количество стволовых клеток, что особенно важно для регенеративной медицины. Доставляя туда вещество, мы также можем регулировать, например, процессы роста волос и миграцию меланоцитов, воздействовать на глюкокортикоидные рецепторы. Имеет значение и то, что к волосяным фолликулам подходит большое количество кровеносных сосудов, питающих их, а достигая кровеносных сосудов, мы опять же можем системно доставлять вещество в кровоток.

Трансдермальная доставка эффективно работает в случаях, когда требуется небольшая концентрация вещества, то есть, используя такой подход, мы можем лечить далеко не все болезни.

― Я вообще думала, что это предназначено в основном для кожных заболеваний.

― Да, и для них в том числе. Это как раз тот случай, когда мы доставляем лекарство не в кровоток, а непосредственно в кожу. Если же, как я говорила выше, мы идем глубже и нацелены на доставку веществ в кровоток, то здесь открывается более широкое окно возможностей. Так, например, с помощью подобной адресной доставки лекарств можно лечить нейродегенеративные заболевания, депрессии и другие недуги. Как я уже сказала, непосредственно трансдермальная доставка препаратов подходит для тех случаев, когда для достижения терапевтического эффекта требуются небольшие концентрации действующего вещества: это может применяться, например, в гормональной терапии.

Для доставки лекарств через волосяные фолликулы мы можем использовать различные нано- или микроконтейнеры.

Наша научная группа работает с частицами карбоната кальция, который широко распространен в природе и содержится в раковинах моллюсков, скелетах кораллов и т.д. Обыкновенный мел ― это тоже карбонат кальция, но в его полиморфной модификации кальцита. В своих экспериментах мы задействуем ватеритные частицы, отличающиеся метастабильностью, которую мы используем как преимущество при реализации своих задач.

― Насколько безопасен такой мини-контейнер из ватерита? Что происходит с ним после того, как он попал в организм?

― Он абсолютно безопасен и, выполнив свою задачу (доставив лекарство), в течение недели деградирует, фактически рассасывается: это называется биорезорбцией. Мы используем синтезируемую в лаборатории метастабильную модификацию ватерита, которая, помимо упомянутой безопасности, примечательна еще и своей пористой структурой, позволяющей эффективно загружать в такой контейнер различные вещества. Еще одно преимущество подобного метода ― то, что для достижения эффекта, особенно если говорить о кожных заболеваниях, достаточно небольшой концентрации вещества.

Недавно мы начали работать с глюкокортикостероидами и показали в эксперименте с крысами, пораженными дерматитом, что даже одного применения нашей системы достаточно для резкого снижения всех признаков воспалительного процесса. В отличие от, например, мази, которую в подобном случае нужно наносить на кожу дважды в день ежедневно, наши частицы можно использовать всего один раз в три дня.

― Может ли при постоянном введении лекарств через кожу накопиться какая-то вредная концентрация этих веществ?

― Если вернуться к глюкокортикостероидам, то здесь как один из побочных эффектов часто возникает проблема атрофии кожи. Речь о тех случаях, когда пациенты вынуждены в течение многих лет наружно наносить на кожу препараты (кремы, гели, мази и т.д.). Происходит истончение эпидермиса, а иногда и дермы. Если говорить о нашей системе, то она позволяет значительно сократить концентрацию и частоту применения глюкокортикостероидов, что, безусловно, будет способствовать существенному снижению данных негативных эффектов.

Но нам еще предстоит понять, где та граница, за которой технология начинает негативно воздействовать на организм. Считается, что любое вещество может быть токсичным, если применять его в неправильной концентрации, значительно превышающей норму.

― Почему в медицине сегодня есть тренд отказа от инвазивного вмешательства?

― Действительно, над этой задачей трудятся многие научные группы по всему миру. Есть тенденция поиска безыгольных альтернатив для введения веществ в организм. Первая причина кроется в том, что многие люди по-настоящему боятся медицинских игл и любых уколов. Это довольно сильный стресс для пациентов. Вторая причина связана с гигиеничностью и проблемой утилизации игл. Это своеобразная нагрузка для системы здравоохранения. Кроме того, есть большая группа пациентов, которым в силу различных причин в принципе противопоказаны какие-либо инвазии.

― Другое дело ― втер лекарство в кожу и пошел.

― Конечно. Это совсем не так страшно, как уколы. Если говорить о нашей технологии, то она действительно выглядит как втирание вещества в кожу, а для того чтобы обеспечить более глубокую доставку, мы используем сонофорез, то есть терапевтический ультразвук. Мы наносим суспензию наших частиц на кожу, подносим к этому участку ультразвуковой зонд, массируем, и в течение двух минут частицы вместе лекарством переносятся в волосяные фолликулы. Процедура достаточно простая, и пациенты могут самостоятельно выполнять ее на дому.

― Вы упоминали об экспериментах на мышах. А проводили ли вы исследования с участием людей?

― На самом деле мы как раз и начинали с экспериментов с участием людей. У нас было очень успешное сотрудничество с клиникой кожных и венерических болезней Саратовского государственного медицинского университета им. В.И. Разумовского. Используя нашу систему доставки лекарств, мы вместе с коллегами разрабатывали методику лечения пациентов с витилиго. Для этого заболевания характерно нарушение выработки меланина в коже, что приводит к образованию белых пятен различной формы и размера. Хотя при этом недуге меланоциты и исчезают из эпидермиса и дермы, они все еще могут сохраняться в волосяных фолликулах. Их активация способствует репигментации очагов витилиго. Кроме того, в волосяных фолликулах находятся столовые клетки меланоцитов, которые также можно стимулировать с целью расширения пула меланоцитов в коже. Мы поняли, что наша методика доставки лекарств отлично подходит для адресации терапевтического воздействия к данным мишеням в ПУВА-терапии витилиго (она предполагает применение фотосенсибилизаторов в сочетании с длинноволновым ультрафиолетом для стимуляции меланогенеза). В результате ее применения мы увидели, что благодаря такой адресации действительно происходило формирование равномерных участков меланиновой пигментации.

― То есть таким образом пятна витилиго могут буквально исчезнуть?

― У каждого пациента все происходит по-разному. Дело в том, что патогенез витилиго до конца не ясен. Используя описанный выше метод, у кого-то действительно можно снова заселить депигментированные участки меланоцитами, но мы понимаем, что для кого-то этот метод может не сработать. В нашем исследовании принимал участие доброволец, на примере которого мы увидели заращивание очага уже после четырех процедур! Однако это не значит, что так будет в каждом случае. Все очень индивидуально. Однако мы можем сказать точно, что наша методика будет превосходить классическую ПУВА-терапию по эффективности и безопасности. Необходимо продолжать исследования в этом направлении.

― Для каких еще заболеваний может быть применима ваша система?

― В наших исследованиях мы показали ее безусловную перспективность в лечении грибковых инфекций кожи. Дело в том, что грибки поражают роговой слой кожи и волосы, используя для этого волосяные фолликулы в качестве резервуара и распространяя свои споры далее.

Наши эксперименты с животными показали очень высокую эффективность лечения дерматомикозов при доставке противогрибковых препаратов непосредственно в волосяные фолликулы с помощью ватеритных контейнеров.

― Как часто вы, будучи физиком, взаимодействуете с врачами?

― Я стараюсь постоянно находиться в тесном контакте с ними, чтобы узнавать о том, что представляет для медицины наибольший интерес и в каком направлении стоит развиваться. При таком обилии фармацевтических средств на рынке помощь врачей сегодня очень важна, особенно с учетом того факта, что мы должны заново адаптировать свою методику доставки под каждый препарат. Это очень интересная и кропотливая работа, и я по-настоящему люблю ее.

Интервью проведено при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ