Исследование средств доставки и механизмов проникновения лекарственных и косметических препаратов в организм через кожу проводят ученые Новосибирского государственного университета в сотрудничестве со специалистами компании «СТМ-Косметикс». Для оценки их эффективности и изучения фармакокинетики впервые в России будет применен метод ускорительной масс-спектрометрии. Он подразумевает введение изотопа углерода-14 в состав вещества, эффективность трансдермальной проницаемости которого необходимо установить, вместо углерода-12. Для проверки достоверности получаемых на УМС данных ученые решили использовать меченный радиоуглеродом никотин, известный своей высокой трансдермальной проницаемостью. Для этого в лабораторных условиях был выращен табак, при поливе которого использовалась мочевина с повышенной долей радиоуглерода. Первый урожай «радиоактивного» табака уже получен, проведено in vitro исследование проникновения полученного из него никотина сквозь кожу змеи и лабораторной мыши. Далее последует аналогичная процедура с кожей свиней. На следующем этапе будут проводиться исследования с безвредными производными никотина in vivo на лабораторных животных. Данная работа проводится на базе Института медицины и медицинских технологий НГУ в ЦКП «Ускорительная масс-спектрометрия НГУ-ННЦ» при поддержке программы «Приоритет-2030».
— Существует множество методов доставки лекарственных средств в организм, как инвазивных, так и неинвазивных. Трансдермальный относится к последним, он и представляет для нас большой исследовательский интерес. Он очень удобен в применении, однако существует ряд сложностей. Кожа — самый большой орган человека, он отлично выполняет барьерную функцию, надежно защищая организм от всевозможных ксенобиотиков — чужеродных для живых организмов и не входящих в естественный круговорот веществ, которые поступают из окружающей среды и могут вызывать негативные последствия, нарушать обмен веществ, подрывать иммунитет и накапливаться в тканях. Кожа эффективно отсекает вещества с высокой молекулярной массой, а также гидрофильные и заряженные вещества. В целом наука уже придумала массу различных трансдермальных систем доставки лекарств в организм, в том числе — липосомальные и ниосомальные. Одни из них уже применяются в клинической практике, а другие пока существуют лишь на уровне разработок. Однако есть проблема: нужно понимать, насколько эффективен этот процесс и какая у него фармакокинетика, насколько глубоко в органы и ткани проникает вещество и как именно действует внутри них. Зачастую далеко не вся доза лекарства попадает в организм, большая часть остается снаружи, отсеченная роговым слоем эпидермиса. Определить, какое количество вещества прошло этот барьер и достигло своей мишени, до настоящего времени не представлялось возможным в отличие от пероральных или инъекционных методов введения препаратов в организм. Исследование с применением метода ускорительной масс-спектрометрии даст ответ на этот вопрос, — сказал исполнительный директор компании «СТМ-Косметикс» Антон Астанин.
Трансдермальный метод введения лекарственных или косметических средств предполагает их проникновение внутрь организма на определенные глубины кожи, в кровеносную систему либо во внутренние органы. Он имеет некоторые преимущества — некоторые препараты при пероральном методе введения в организм теряют свои свойства. По этой причине они вводятся путем инъекций. Например, инсулин, который зачастую приходится вводить регулярно. Однако данный способ несет некие риски и дискомфорт для пациента. Альтернативой ему мог бы стать трансдермальный способ введения лекарственных препаратов, но прежде необходимо провести количественную оценку эффективности проницаемости препаратов в организм. Однако методик такой оценки на сегодняшний день не существует. Ученые НГУ предложили применить для решения данной задачи метод ускорительной масс-спектрометрии с использованием меченных радиоуглеродом соединений. В настоящее время ученые выделили реперные вещества, имеющие стопроцентную проницаемость сквозь слои кожи — никотин, кофеин и другие. Эти вещества должны стать внутренним стандартом для количественных измерений проницаемости лекарственных веществ в организм через кожу. Разработкой ниосом — средств доставки веществ в организм заняты химик-эксперт Антон Астанин, кандидат химических наук Ксения Бабина и студентка Факультета естественных наук НГУ Ольга Кондакова. В ниосомы будут инкапсулированы реперные вещества, меченные С-14 для исследований с применением метода ускорительной масс-спектрометрии и подтверждения эффективности средств доставки. Данные работы проводятся в ЦКП «Ускорительная масс-спектрометрия НГУ-ННЦ» впервые.
— Первоочередной задачей для нас было получение вещества, меченного радиоуглеродом, которое имело бы стопроцентную проницаемость через кожу. Выполнялись данные работы в рамках проекта, поддержанного программой «Приоритет-2030», который был рассчитан на июнь-декабрь прошлого года, и такое вещество требовалось получить в короткие сроки, поэтому был выбран никотин, известный своей хорошей проницаемостью. Растения табака достигают взрослого состояния в возрасте трех месяцев с момента посадки. Мы выращивали их при содействии сотрудников Института почвоведения и агрохимии СО РАН, где имеются специальные гроубоксы и созданы все необходимые условия для выращивания данной культуры. Через месяц после посева и до самого сбора урожая мы производили полив растений препаратом с радиоуглеродной меткой, это коммерческий реагент для использования в медицинской практике для диагностики Helicobacter pylori в желудке пациентов. При этом на пике роста растений общий радиационный фон в помещениях, согласно нашим замерам, был ниже допустимого. После сбора урожая мы сделали около 60 измерений, направленных на определение кинетики накопления С-14 в различных органах растений — корнях, стеблях, нижних и верхних листьях. Любопытным моментом оказался вопрос об усвоении растением углерода из мочевины, который невозможно решить без использования радиоуглеродной метки. Мы работали с двумя сортами табака — «Гавана» и «Самсун». Выяснилось, что в «Самсуне» радиоуглерода накопилось больше в корнях, а в «Гаване» — в листьях. Затем мы определили, в каких органах растения содержится больше всего никотина. Оказалось, в листьях. В зависимости от сорта и способа выращивания, они накапливают от 0,2-0,3% до 1-1,5% никотина на сухую биомассу. В итоге мы выделили полграмма никотина, меченного С-14. Он станет одним из стандартных веществ со стопроцентной проницаемостью через кожу для разработки средств доставки препаратов. Параллельно для тех же целей мы синтетическим способом получили кофеин с большим содержанием С-14. Кофеин также известен своей стопроцентной проницаемостью через кожу, — рассказала директор ЦКП «Ускорительная масс-спектрометрия НГУ-ННЦ» Екатерина Пархомчук.
Таким образом в настоящее время ученые нарабатывают ряд веществ, которые затем будут использоваться в качестве внутренних стандартов. Из полученной капли меченого никотина будет создана графитовая мишень, в которой определят отношение изотопов, С-14/С-12, относительно современного уровня в объектах биосферы на суше Земли. На данный момент в сухой биомассе выращенных меченных С-14 растений зафиксировано превышение в 3-4 тысячи раз относительно современного уровня. Ученые не ожидали такого впечатляющего результата — растения усвоили до 30% радиоизотопа, содержащегося в составе мочевины в растворе, которым их поливали. Они отмечают, что такое превышение и высокая чувствительность УМС позволят из меченного никотина получать производные, разбавлять вещество и вводить его in vivo, чтобы делать количественную оценку его концентрации в определенных органах и тканях, а также определять кинетику его распределения в организме на протяжении определенного времени.
В исследовании, помимо ученых НГУ, задействованы научные сотрудники нескольких научных организаций: Института органической химии им. Ворожцова СО РАН, Института почвоведения и агрохимии СО РАН и Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН.
В инженерном центре Института органической химии им. Ворожцова СО РАН проводятся испытания на коже мышей и змеи, а также на коже и ушах свиней, которые физиологически близки по структуре к коже человека. В выращивании «радиоактивных» растений табака были задействованы сотрудники Института почвоведения и агрохимии СО РАН. В данном институте созданы все необходимые для выращивания данных растений условия, а также имеются гроубоксы. В Институте катализа им. Г.К. Борескова созданы условия для работы с полученными синтетическим способом радиоактивными веществами, такими как меченный радиоуглеродом кофеин. Стенд для графитизации меченых образцов разработан специалистами ЦКП «Ускорительная масс-спектрометрия НГУ-ННЦ» несколько лет назад для получения графитовых мишеней из биологических тканей, анализ которых производится на ускорительном масс-спектрометре. Графитизатор, который используется для получения мишеней для УМС-анализа из археологических образцов, использовать нельзя ввиду высокой вероятности кросс-заражения проб радиоуглеродом. Поэтому в ЦКП «Ускорительная масс-спектрометрия НГУ-ННЦ» созданы и функционируют несколько графитизаторов для разных направлений работ.
На данном этапе ученые формируют методику количественного исследования трансдермальной проницаемости лекарственных препаратов и косметических средств. Они уверены, что их разработка заинтересует производителей данной продукции.
— Наша компания специализируется на производстве косметики и поставке сырья, поэтому мы заинтересованы в развитии данного направления исследований. Для нас очень важно, чтобы биологически активные рабочие вещества проникали в кожу. Совместно с учеными ЦКП «Ускорительная масс-спектрометрия НГУ-ННЦ» мы начали исследования, чтобы создать научную базу для тестирования трансдермального проникновения веществ, изучения их фармакокинетики и разработки более эффективных средств доставки веществ через кожу, необходимые для создания лекарственных препаратов и косметических средств, — сказал Антон Астанин.
