Общая информация

Полное название:	Создание биологически активных препаратов с помощью лазерных технологий
Область технологии:	PHY-OPL: Physics / Optics and Lasers BIO-PHA: Biotechnology and Life Sciences / Pharmacology BIO-PAB: Biotechnology and Life Sciences / Public Health
Статус проекта:	3 / Approved without Funding
Отдел МНТЦ:	DED RF: Сергей Зыков
Куратор проекта:	Сергей Генрихович Карабашев, Тел. 7+095+3214033, Факс 7+095+7976077, karabashev@istc.ru
Помощник куратора:	Людмила Михайловна Митина, Тел. 7+095+3214033, Факс 7+095+7976077, mitina@istc.ru
Руководитель проекта:	Баранов Геннадий Алекссевич Тел.: 7+812+4648131 Факс: 7+812+4644653 E-mail: laser@mail.rcom.ru
Ведущий иснститут:	Научно-Исследовательский Институт Электрофизической Аппаратуры им. Д.В.Ефремова, Санкт-Петербург, Россия
Другие институты-участники:	Государственный Научно-Исследовательский Институт особо Чистых Биопрепаратов, Санкт-Петербург, Россия Военно-Медицинская Академия им. С.М.Кирова,
Зарубежные институты:	Procter & Gamble Company / Procter & Gamble European Service GmbH, Schwalbach am Taunus, Germany Universität Ulm, Ulm, Germany

Краткое описание проекта

Введение и обзор. Сохранение постоянства внутренней среды организма, в частности антигенного гомеостаза - ключевая задача адаптации к различным экзогенным и эндогенным воздействиям.

В настоящее время имеются литературные данные, подтверждающие, что негативные эндо - и экзовоздействия приводят к нарушению одного из важнейших процессов нормального функционирования клеток - процесса гликозилирования. Под влиянием ксенобиотиков происходит изменение содержания гликоконъюгатов в различных тканях. При малигнизации нарушается гликозилирование белков, таких, например, как a-фетопротеин, холинэстераза, g-глутамил-транспептидаза и др. Метастатический потенциал опухолей коррелирует с повышением экспрессии галактозид-связывающего белка. Нарушение гликозилирования a-1-кислого протеина приводит к появлению у него иммуносупрессивных свойств. Нарушение функционирования рецепторов маннозы на дендритных клетках приводит к подавлению захвата маннолизированных антигенов и их последующей презентации, подавляя в свою очередь секрецию цитокинов моноцитами.

Известно также, что нарушения процессов гликозилирования белков, играют существенную роль в регуляции функционального состояния клеток, межклеточных взаимодействиях, адгезии клеток, активации клеточных ферментов.

Непосредственно за процессы гликозилирования белков отвечают соединения, специфически связывающие концевые углеводные остатки полисахаридов, гликопротеинов и гликолипидов, а именно, лектины. Сейчас доказано, что они и их лиганды занимают важное место в обеспечении функционирования системы иммунобиологического надзора в организме. Лектины представляют собой белки, которые агглютинируют клетку и проявляют высокую специфичность к сахарам. Природными источниками лектинов являются в основном семена растений (фитогемагглютинины), а также организмы беспозвоночных и низших позвоночных. Связывание лектинов с поверхностью плазматической мембраны клеток имеет разнообразные последствия для структурного и функционального состояния мембран, например, вызывает изменения в расположении поверхностных белков и гликопротеинов, изменяет проницаемость мембраны для различных веществ и влияет на активность ферментов. Нарушение синтеза лектинов приводит к фиксации блокирующих антител на опухолевых антигенах, иммунных рецепторах на Т-лимфоцитах (натуральных киллерах) и моноцитах.

Применение лектинов и их лигандов (углеводов) возможно в области иммунокоррекции и получения противоопухолевого эффекта. По данным некоторых авторов, употребление таких разновидностей олигосахаридов как олигогалактуроны, лектины из виноградной улитки (Helix Pomatia) и омелы белой (Misletoe lectins), фитогемагглютинин предотвращает метастазирование, приводит к активации NK-клеток и снижению уровня блокирующих факторов. Применение пектиновых олигосахаридов повышает элиминацию блокирующих антител и иммунных комплексов: например, низкомолекулярный полисахарид из женьшеня (гинзан) уменьшает содержание блокирующих антитела гамма-глобулинов Ig-G1, сохраняя уровень цитотоксических Ig-G2a, активирует секрецию цитокинов макрофагами, действует стимулирующе на клеточный иммунитет. Низкомолекулярные полисахариды из Rehmania geltinosa усиливают экспрессию белка р53, который вызывает гибель опухолевых клеток. Имеются данные, что иммуностимулирующую активность проявляют полисахариды из кедрового ореха, бурых водорослей, спирулины, хлореллы, ламинарии, пивных дрожжей, бифидобактерий, грибов Phellinus Eruteus и Agaricus blazei.

Показан противоопухолевый и антиметастатический эффект сульфатированных мальто - и цикломальтоолигосахаридов, производных сиаловых кислот. Сиалоолигосахариды подавляют вирусную и бактериальную инфекцию, фруктоолигосахариды способствуют нормализации кишечной флоры (повышают содержание бифидобактерий). Олигосахариды также активируют NK- и цитотоксические лимфоциты, влияют на фармакокинетику и активность таких ферментов как холинэстераза, различные гидролазы. Установлено противовоспалительное действие хитоолигосахаридов, выделенных из хитина крабов.

Посредством химической или физической модификации природных полисахаридов и лектинов можно достигать усиления их адаптогенных свойств и повышения специфической биологической активности. Известно, что химическая модификация цитрусового пектина приводит к появлению противоопухолевой активности, благодаря чему можно уменьшать метастазирование опухолей предстательной и молочной желез. Ультразвуковая обработка хитозана приводит к появлению низкомолекулярных хитоолигосахаридов с антимутагенными и иммуностимулирующими свойствами. Низкомолекулярные гепариноиды, полученные с помощью ультразвуковой обработки хитина, обладают антиметастатической и иммуностимулирующей активностью.

Также известно, что обработка лазерным излучением полисахаридов из морской травы Zostera и исландского мха приводит к появлению их низкомолекулярных фракций, обладающих повышенной целевой биологической активностью в сравнении с исходными веществами.

Предварительные эксперименты, выполненные сотрудниками НИИЭФА и ВМА, выявили решающие преимущества лазерной модификации природного сырья, обусловленные большей концентрацией энергии излучения на обрабатываемом объекте, высокой селективностью воздействия и хорошей управляемостью процессом.

Учитывая изложенное, на рассмотрение МНТЦ предлагается проект, связанный с разработкой методик создания новых биологически активных препаратов с помощью лазерных технологий. Экспериментальную основу работы составят действующие в Лазерном центре НИИЭФА разнообразные лазерные установки с мощностью излучения в диапазоне 10вт- 20квт в видимом и инфракрасном свете, работающие в непрерывном и импульсно-периодическом режимах. Суть работы состоит в использовании лазерного излучения для осуществления физической и химической модификации природных соединений растительного и животного происхождения, а именно полисахаридов и лектинов, с целью получения соответствующих гликозилированных производных, обладающих повышенной биологической и адаптационной активностью.

В качестве объектов модификации предполагается использовать морскую водоросль Zostera, виноматериалы (мздра), исландский мох Cetraria is landica и продуцируемые микроорганизмами Bacilla Thuringiesis, обладающие противоопухолевым действием соединения, применяемые в настоящее время также для защиты растений от вредителей.

При выполнении проекта будет использован опыт сотрудников НИИЭФА в разработке лазерного оборудования и использовании лазерного излучения для обработки различных материалов с целью придания им новых свойств, достижения НИИ ОЧБ в создании новых, особо чистых биопрепаратов, а также богатая исследовательская и клиническая практика сотрудников ВМА.

Ожидаемые результаты. По мере выполнения работы будут получены следующие результаты:

· лазерная установка для обработки биологических объектов;

· технология обработки природных соединений растительного и животного происхождения лазерным излучением;

· методика присоединения пептидов, аминокислот и их производных к обработанным лазерным излучением природным соединениям с целью увеличения их биологической активности;

· образцы препаратов и пищевых добавок с высокой биологической активностью, в том числе продуктов присоединения пептидов, аминокислот и их производных к обработанным лазерным излучением природным соединениям;

· данные по их биологической активности;

· опытные партии перспективных препаратов для лечебных и профилактических целей;

· результаты изучения на экспериментальных моделях патологических состояний особенностей диагностического и лечебного применения созданных препаратов;

· результаты клинических исследований эффективности созданных препаратов для лечения и профилактики хронических заболеваний желудочно-кишечного тракта, онко и бронхо-легочных патологий;

· данные по использованию полученных препаратов в профилактической и клинической медицине.

В целом, основной результат работы состоит в создании новых лазерных технологий получения биологически активных препаратов и пищевых добавок, разработке технологий присоединения пептидов, аминокислот и их производных к обработанным лазерным излучением природным соединениям с целью увеличения их биологической активности, а также создании методик их применения в клинической, оздоровительной и профилактической медицине.

В результате выполнения проекта будут реализованы следующие цели и задачи МНТЦ:

· предоставлена возможность переориентации на мирную продукцию группе сотрудников НИИЭФА и НИИ ОЧБ, ранее занятых разработкой оружия массового поражения;

· поддержаны прикладные исследования, имеющие целью внедрение в фармакологическую базу клинической и профилактической медицины новых биологически активных препаратов и пищевых добавок, что особенно важно в экологически неблагополучных районах;

· оказано содействие в решении социальных проблем России, связанных с общим ухудшением состояния здоровья населения;

· поддержан переход к гражданской рыночной экономике.

Объём деятельности. Работа состоит из трёх крупных разделов, каждый из которых создает научно-техническую и материальную основу для последующих. Это:

· разработка и создание лазерной установки для обработки биологических объектов и разработка технологии обработки природных соединений растительного и животного происхождения лазерным излучением;

· обработка лазерным излучением природного сырья с целью получения препаратов и пищевых добавок со специфической биологической активностью; разработка технологии присоединения пептидов, аминокислот и их производных к продуктам, полученным в результате обработки лазерным излучением природного сырья, а также наработка экспериментальных образцов и опытных партий препаратов;

· оценка биологической активности полученных препаратов, изучение на экспериментальных моделях патологических состояний возможностей и особенностей их диагностического и лечебного применения, проведение клинических исследований эффективности созданных препаратов для лечения и профилактики хронических заболеваний желудочно-кишечного тракта, онко и бронхо-легочных патологий.

На основании полученных результатов будет проведен отбор перспективных препаратов и наработаны их опытные партии для лечебных и профилактических целей.

Для успешной реализации проекта будут выполнены следующие работы:

· разработана и создана лазерная установка для обработки биологических объектов;

· разработана технология обработки природных соединений растительного и животного происхождения лазерным излучением;

· разработаны технологии присоединения пептидов, аминокислот и их производных к обработанным лазерным излучением соединениям с целью увеличения их биологической активности и получены образцы продуктов;

· получены данные по их биологической активности;

· наработаны опытные партии перспективных препаратов для лечебных и профилактических целей;

· проведено изучение на экспериментальных моделях патологических состояний особенностей диагностического и лечебного применения созданных препаратов;

· выполнены клинические исследования эффективности созданных препаратов для лечения и профилактики хронических заболеваний желудочно-кишечного тракта, онко и бронхо-легочных патологий;

· разработаны методики рационального применения полученных препаратов в профилактической и клинической медицине.

Сотрудничество с зарубежными коллабораторами предполагается осуществлять в форме:
· обмена информацией в ходе осуществления проекта;
· подготовки комментариев к техническим отчётам, представляемым участниками проектов в МНТЦ;
· перекрестных проверок результатов, полученных во время осуществления проекта;
· участия в технических проверках деятельности по проекту, которую выполняют сотрудники МНТЦ;
· проведения совместных симпозиумов и семинаров.

Технический подход и методология в силу комплексности работы многообразны. Это методы, характерные для физических и физико-химических экспериментов, которые будут использоваться на этапе, связанном с обработкой природных объектов лазерным излучением. На этапе химической модификации облученных смесей - это набор приемов и методов, принятых в химии, в частности в химии пептидов и углеводов, обеспечивающих селективную защиту и активацию соответствующих функциональных групп, и синтез производных аминокислот, пептидов, пептидогликанов и т.д.

В результате будет создан ряд новых препаратов и пищевых добавок, оценка биологической активности которых будет проведена на третьем этапе работы с использованием методов, принятых в экспериментальной медицине и биологии. Результатом работы на этой стадии будет отбор препаратов, перспективных для использования в практической, профилактической и клинической медицине, в частности для профилактики и лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта, онко и бронхо-лёгочных патологий.

В исследованиях будут использованы различные измерительные методики, от электротехнических и оптических до газовой и жидкостной хроматографии, ЯМР-спектроскопии, аминокислотного анализа. В целом работа носит комплексный характер и при ее выполнении будет использован широкий набор методик и приёмов, характерных для физики, химии, биологии и медицины.