Вісник НАН України. 2018. № 3. С.19-32
https://doi.org/10.15407/visn2018.03.019

СТОЙКА Ростислав Стефанович —
член-кореспондент HAH України, доктор біологічних наук, професор, завідувач відділу регуляції проліферації клітин та апоптозу Інституту біології клітини HAH України
https://orcid.org/0000-0001-5719-2187

ПЕРСПЕКТИВИ СТВОРЕННЯ НАНОНОСІЇВ ДЛЯ ДОСТАВКИ ГЕНЕТИЧНОГО МАТЕРІАЛУ В КЛІТИНИ
За матеріалами наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 31 січня 2018 року

У доповіді наведено найвагоміші результати багаторічних експериментальних досліджень, проведених науковцями Інституту біології клітини НАН України у співпраці з іншими академічними установами, з розроблення та вивчення нанорозмірних носіїв для ефективної доставки нуклеїнових кислот у клітини живих організмів. Отримані результати є важливими для подальшого розвитку генної інженерії та генної терапії і дають змогу розширити сферу застосування їх досягнень у біотехнології та медичній практиці. Наголошено на необхідності подальшого розроблення і глибшого вивчення нових нанорозмірних матеріалів для скерованої доставки як ліків, так і генетичних матеріалів до клітин-мішеней в органах і тканинах.
Ключові слова: доставка нуклеїнових кислот у клітини, наноносії, багатофункціональні полімери.

Якщо проаналізувати, які матеріали найбільш актуальні зараз на світовому фармацевтичному ринку, то виявиться, що перші дві позиції впевнено посідають засоби для доставки ліків, насамперед адресної доставки, та засоби для генної терапії, зокрема для доставки ДНК і РНК в клітини. Інші передові позиції займають біосумісні і біодеградабельні матеріали для утворення водорозчинних форм ліків, оскільки багато лікарських субстанцій нерозчинні у воді, а також матеріали, придатні для візуалізації доставки і дії ліків та їх виведення з організму. Зазвичай матеріали, які використовують для зазначених цілей, є так званими істинними наноматеріалами, які внаслідок своєї нанорозмірності набувають нових властивостей (щодо дефініції терміна «наноматеріал» див. Рекомендації Європейської комісії)[1].

Станом на 26.02.2018 в міжнародній інформаційній базі даних PubMed за ключовими словами drug delivery systems (системи для доставки ліків) налічувалося 132 862 статті, gene delivery systems (системи для доставки генів) — 194 817 cтатей, а nanocarrier & gene delivery (наноносій для доставки генів) — 451 стаття (першу статтю на цю тему було опубліковано у 2006 р.).

Цікавим є фінансовий прогноз щодо розвитку світового ринку нанофармацевтичних продуктів. У 2025 р. порівняно з 2012 р. передбачається двократне зростання продажу біомедичних продуктів, створених на основі білків, — до 28±14 млрд дол. США, на основі нуклеїнових кислот — до 14±7 млрд дол. США і на основі молекул малих розмірів — до 6±3 млрд дол. США.

Закономірно постає запитання: для чого потрібні системи доставки генетичних матеріалів у клітини? Основними споживачами таких систем є біотехнологія і медицина, зокрема генна терапія. Метою біотехнології є створення нових продуктів і збільшення обсягів виробництва відомих продуктів, на які у світі є дефіцит і/чи виникає додатковий попит. На першому місці серед таких продуцентів перебувають мікроорганізми, за допомогою яких активно нарощується виробництво біологічно активних і технологічно важливих продуктів. Друге місце серед продуцентів посідають рослини, які також часто застосовуються, хоча з ними є певні проблеми, пов’язані з використанням вірусних конструкцій для доставки чужорідних генетичних матеріалів під час створення нових біопродуцентів. У разі використання тварин як продуцентів спостерігається поступове зростання виробництва, але воно також не позбавлене згаданих вище проблем.

Що стосується генної терапії, яку без сумніву можна назвати медициною майбутнього, адже інші ефективні методи лікування пацієнтів зі спадковими та онкологічними захворюваннями поки що невідомі, то її практично не можна уявити без доставки генетичних матеріалів у клітини людини. Патологічний стан таких пацієнтів пов’язаний із дефіцитом чи ушкодженням специфічних генів, унаслідок чого продукт відповідного гена або відсутній, або проявляється в біологічно неактивній формі чи з невідповідними функціями.

Перспективним напрямом, який також ґрунтується на доставці чужорідних генів у клітини, є збереження генофонду організмів, що зникають, і відтворення генофонду вимерлих організмів. Ще у 2008 р. дослідники ізолювали гени з решток вимерлого тасманійського тигра, ввели їх в ембріон миші і спостерігали за їхніми біологічними функціями під час розвитку хрящової тканини, зокрема в передній кінцівці ембріона [1].

Слід зазначити, що в Україні склалася вкрай незадовільна ситуація з виробництвом систем доставки генетичного матеріалу в клітини. Основні зусилля дослідників зараз зосереджено на системах доставки ліків, тоді як питанням доставки генів уваги приділяється недостатньо. З огляду на малу кількість легко перелічити науково-дослідні установи та університети, які займаються створенням вітчизняних систем доставки генетичних матеріалів та їх практичним застосуванням для потреб біології, біотехнології чи медицини. Так, у Національному університеті «Львівська політехніка» під керівництвом доктора хімічних наук О.С. Заіченка здійснюють дизайн і синтез полімерних наноносіїв для іммобілізації і транспортування нуклеїнових кислот. В Інституті біології клітини НАН України під керівництвом члена-кореспондента НАН України Р.С. Стойки проводять біомедичне і біотехнологічне випробування цих наноматеріалів (детальніше про ці дослідження можна прочитати в нещодавно виданій монографії [2]). Кілька років тому такі полімерні наноносії почали використовувати також в Інституті харчової біотехнології та геноміки НАН України (керівники робіт — академік НАН України Я.Б. Блюм і член-кореспондент НАН України А.І. Ємець) для доставки генетичного матеріалу в клітини рослин.