Американскими исследователями разработан новый способ контроля за состоянием печени животных под влиянием разрушительного воздействия лекарств в режиме реального времени, используя для этого крошечные сенсоры, внедренные в наночастицы.

Токсическое воздействие на печень является основной причиной малой эффективности лекарства, поэтому усовершенствование могло бы помочь модернизировать процесс разработки лекарства, приводя в результате к менее токсичным лекарствам и большему успеху в клинических испытаниях.

Обнаружение обычных метаболитов, которые являются индикаторами окислительного стресса, причиной которого являются реакционноспособные кислородсодержащие фрагменты [reactive oxygen species (ROS)] и реакционноспособные азотсодержащие группы [reactive nitrogen species (RNS)] – могут быть предвестниками токсичности лекарства, однако непосредственное обнаружение ROS и RNS в печени является сложной задачей. На сегодняшний день Цзянхун Рао (Jianghong Rao) с коллегами из Стэнфордского университета разработал сенсоры на основе наночастиц, которые могут обнаружить эти метаболиты в печени животных, что, по мнению исследователей, сможет помочь исключать токсичные вещества, являющиеся потенциальными лекарственными средствами, прежде чем они попадут к людям.

Для создания таких сенсоров, названных хемилюминесцентно-флуоресцентными полупроводниковыми полимерными наночастицами [chemiluminescence-fluorescence semiconducting polymer nanoparticles (CF-SPN)], исследовательская группа Рао использовала две маленькие органические молекулы, которые меняют свою способность по излучению света при взаимодействии с ROS или RNS. Одна молекула выявляет ROS за счет излучения света при контакте с пероксидом водорода, в то время как другая молекула дает возможность распознать присутствие RNS за счет того, что в присутствии пероксинитрита меняется характер ее флуоресценции.

Рао говорит, что для большинства лекарственных молекул оба метаболита являются вовлеченными в механизм, связанный с гибелью клеток печени, обусловленной действием лекарственных средств.



Наночастицы позволяют следить за ROS и RNS в режиме реального времени. (Рисунок из Nat. Biotechnol., 2014, DOI: 10.1038/nbt.2838)

Исследователи внедрили эти сенсоры в наночастицы, состоящие из флюоресцирующего полупроводникового полимера. Так как в печени наночастицы излучают свет в присутствии или отсутствии пероксинитрита или пероксида водорода, то их можно будет зафиксированы вне организма животных. Таким образом, частицы CF-SPN могут использоваться для распознавания этих токсичных промежуточных продуктов метаболизма в режиме реального времени. Исследовательская группа успешно провела испытания сенсоров на мышах, давая им широко используемые лекарства – парацетамол, и изониазид – лекарство, обычно применяемое при лечении туберкулеза.

Нирен Мёрфи (Niren Murthy), исследователь, не входящий в научную группу Жао, из Калифорнийского университета в Беркли, США, говорит, что группой Жао впервые продемонстрирована возможность одновременного определения реакционноспособных кислород- и азотсодержащих частиц. Мёрфи добавляет, что, несмотря на то, что представленный метод может быть полезным для токсикологического скрининга, проводимого на животных, тем не менее, этот метод не подходит для применения на людях. Определение метаболитов с помощью предложенного метода основано на фотонном излучении, и хотя существует возможность улавливать свет сквозь 1 см ткани в печени мыши, тем не менее, печень человека намного больше, поэтому необходимая глубина проникновения будет составлять десятки сантиметров.

Однако Жао говорит, что существуют способы по преодолению этого препятствия. И магниторезонансная томография (МРТ), и позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) могут сделать снимки сквозь всю толщину) ткани печени человека. Следующей задачей, стоящей перед исследователями, будет разработка сенсоров, изменяющих направление, по которому они взаимодействуют с магнитными полями, например, в присутствии ROS или RNS.