Несмотря на многолетние исследования, направленные на изучение подходов к лечению, сепсис или «заражение крови» остается главной причиной смерти, как в нашей стране, так и за рубежом. В США и в странах Европы ежегодно развивается сепсис у 500000 пациентов, причем количество подтвержденных случаев увеличивается на 1,5% в год. Совместная работа группы исследователей из Института биофизики клетки РАН, Института молекулярной биологии РАН, Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН и больницы Пущинского научного центра посвящена предотвращению развития этой тяжелейшей патологии.
Ведущей причиной смертности при грамотрицательном сепсисе – системной воспалительной реакции, является эндотоксиновый шок. Токсические эффекты грамотрицательных бактерий обусловлены термостабильными липополисахаридами, называемыми эндотоксинами. В начальной стадии эндотоксинового шока эти ядовитые вещества взаимодействуют с фагоцитами крови и вызывают воспалительный ответ, который характеризуется повышением уровня цитокинов в кровяном русле, а также образованием клетками активных форм кислорода. Недавние клинические исследования, направленные на анализ снижения смертности пациентов от сепсиса в зависимости от применяемой терапии, показали практически отсутствие прогресса в лечении этого заболевания и неэффективность имеющихся антибиотиков при лечении этого опаснейшего заболевания.
Большое значение при воспалительных процессах, а также в организме здорового человека имеет основной стрессовый высококонсервативный белок теплового шока БТШ70. Увеличение концентрации этого белка в крови происходит не только при тепловом стрессе, но и при действии различных факторов: ишемии, травмах, высокой физической нагрузке, ультрафиолетовом облучении, бактериальной инфекцией, воспалении. БТШ70 является молекулярным шапероном: он необходим для поддержания клеточных функций и помогает вновь синтезированным в клетке белкам правильно сворачиваться.
Сотрудники Института молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта РАН разработали инновационный метод получения высокоочищенного БТШ70. В своих экспериментах они установили, что введение БТШ70 до введения эндотоксинов достоверно снижает смертность модельных животных и нормализует основные показатели крови. Совместные работы сотрудников ИМБ РАН и Института биофизики клетки РАН продемонстрировали, что человеческий БТШ70 снижает продукцию активных форм кислорода, фактора некроза опухоли фагоцитов крови и макрофагов, вызванную действием бактериальных эндотоксинов. Ученые предположили, что БТШ70 можно использовать в качестве агента, защищающего клетки и организм в целом от действия бактериальных патогенов. Однако для эффективного лечения любого заболевания необходима адресная доставка лекарства. Одним из способов доставки белков и других биологически-активных соединений в клетки наряду с липосомами являются полиэлектролитные микрокапсулы. Наиболее перспективным является использование биодеградируемых капсул, оболочка которых постепенно распадается в клетках благодаря действию внутриклеточных ферментов. Именно этот способ доставки и его модификации был предложен и апробируется для различных фармакологических препаратов учеными из ИТЭБ РАН.
«Инкапсулированный белок обладает рядом преимуществ перед неинкапсулированным», — рассказывает старший научный сотрудник лаборатории цитотехнологии ИТЭБ РАН Людмила Ивановна Шабарчина, — «это и возможность адресной доставки биологически активных веществ, и пролонгированный выход из микрокапсул; а также защита белка от разрушения и сорбции в биологических жидкостях организма в процессе доставки к клеткам. В связи с этим, микрокапсулы, состоящие из биодеградируемых компонентов, таких как полипептиды и полисахариды, имеют большие перспективы в использовании как на клеточном, так и на организменном уровнях».
Работа, выполненная совместными усилиями пущинских и московских ученых демонстрирует, что полиэлектролитные микрокапсулы легко поглощаются фагоцитами крови. При этом сами биодеградируемые микрокапсулы не обладают токсическим действием на клетки врожденного иммунитета, практически не оказывая влияние на продукцию АФК и апоптоз нейтрофилов. «В этой работе мы показали возможность доставки БТШ70 в клетки врожденного иммунитета с помощью полиэлектролитных микрокапсул» — комментирует исследование заведующий лабораторией регуляции апоптоза института биофизики клетки Максим Григорьевич Винокуров. «Нами установлено, что при таком способе доставки инкапсулированный БТШ70 более эффективно ингибирует апоптоз нейтрофилов в отличие от неинкапсулированного белка. Кроме того, установлено, что инкапсулированный БТШ70 снижает продукцию фактора некроза опухолей, индуцированную ЛПС, до значений, сопоставимых с защитным действием неинкапсулированного белка».
Полученные учеными результаты позволяют рассматривать возможность использования микрокапсул, состоящих из биодеградируемых полиэлектролитов, для эффективной доставки в клетки системы врожденного иммунитета белка БТШ70. Разработанный способ доставки защитного стрессового белка в клетки может быть использован и для других терапевтических препаратов белковой природы.
Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда (№ 14-50-00060).
