Из имеющихся элементов можно составить больше 3 многофункциональных наносомальных платформ для ранней диагностики и успешного лечения, при этом наиболее рациональными будут следующие 3 платформы:

1) Наноносители – полимерные наночастицы(Pic.1)

Векторы адресной доставки

• Полимерные наночастицы размерами 60 -200 нм будут накапливаться в опухоли, т.к. сосуды ее кровоснабжающие имеют поры как раз такого диаметра, в отличие от нормальных сосудов с меньшими порами. Сосуды, питающие опухоль очень тонкие и высокоразветвленные, что также будет способствовать накоплению наночастиц в зоне опухолевого роста.
• Моноклональные антитела необходимы для повышения специфичности транспорта высокотоксичных химиопрепаратов в мелкие метастазы и уменьшения побочных эффектов.

Диагностический компонент

Наночастицы оксида железа - биосовместимые суперпарамагнетики, усиливающие магнитный резонанс, что позволяет визуализировать при магнитно-резонансной томографии первичную опухоль и метастазы меньше 1 мм, а также сосуды, которые их кровоснабжают, выявляя новообразования на ранних стадиях.

Лечебные компоненты:

• Наночастицы оксида железа, нагревающиеся при создании переменного магнитного поля, разрушая опухолевые клетки и сосуды, кровоснабжающие опухоль и ее метастазы.
• Гипертермия, в свою очередь, повышает чувствительность выживших опухолевых клеток к химиопрепаратам.

2) Наноносители – дендримеры (Pic.2)

Вектор доставки

Дендримеры – высокоразветвленные полимерные наночастицы, биомиметическое строение и размер которых способствует захвату опухолевыми клетками с повышенной потребностью в метаболитах и факторах роста.

Диагностический компонент

Золотые наночастицы – биосовместимы, интенсивно поглощают и рассеивают свет, что позволяет визуализировать поверхностно расположенные опухоли.

Лечебные компоненты:

• Плазмиды - внехромосомные ДНК, кодирующие онколитические гены, трансфицирующие опухолевые клетки до фотодиагностики и фототерапии с применением золотых наночастиц.
• Золотые наночастицы, нагревающиеся при воздействии сфокусированного источника света, разрушая опухолевые клетки и сосуды, кровоснабжающие опухоль и ее метастазы после трансфекции плазмидами.
• Фотосенсибилизаторы - фототоксичные вещества, при воздействии света вызывающие образование активных форм кислорода, разрушая опухолевые клетки после трансфекции плазмидами.

3) Микроносители - нанопористые миркочастицы (Pic.3)

Вектор доставки

Нанопористые миркочастицы размером до 1,5 мкм, защищают инкапсулированные клетки и вещества от иммунных клеток и антител, не проникающих через нанопоры, что позволяет в течение длительного времени (до 3 недель) высвобождать заключенные вещества.

Диагностический компонент

Квантовые точки – полупроводниковые/проводниковые флюоресцирующие наночастицы, позволяющие визуализировать поверхностно расположенные опухоли.

Лечебные компоненты:

Антисмысловые олигонуклеотиды.

Клетки, выделяющие онколитические вещества.

Замечания по решениям – типичные ошибки

По условиям задачи требовалось из всех имеющихся элементов составить 3 рациональные многофункциональные наносомальные платформы, при этом подробно описав принцип их действия, дополнив схематическими рисунками.

При этом, для получения высокой оценки отнюдь не требовалось:

• описывать механизм действия биопрепаратов (это не медико-биологическая олимпиада);
• предлагать свои элементы и описывать механизм их действия;
• описывать методы получения наносомальных платформ.

Для удобства задача была сопровождена изображениями всех элементов, из которых можно было бы составить схематические рисунки наносомальных платформ, быстро расположив элементы. Ничего заново рисовать не требовалось.

Клиническая и экономическая рациональность использования представленных наносомальных платформ в медицине оценивалась по описанию (качественно, но не количественно) принципа их действия, а также правильности расположения элементов в схематических рисунках.

Адресность доставки заключается вовсе не в местном введении наносомальных платформ.

Совет директоров (10 баллов)

1. Что, эти ваши наночастицы, транспортирующие вещества, не распознаются в организме как инородные тела и не разрушаются? (3 балла)
2. Почему наносомальная диагностика и терапия эффективней традиционных? (2 балла) Почему создание наносомальных форм существующих лекарств дешевле синтеза новых препаратов? (2 балла)
3. С какой стати нам отказываться от сверхприбыли продаж существующих препаратов? (2 балла)
4. Почему существующие патенты не защитят наши препараты? (1 балл)

ОТВЕТЫ

1)Как и все инородные тела размерами менее 3 мкм, незащищенные (немодифицированные) наночастицы быстро захватываются фагоцитами с последующим разрешением вне зависимости от пути введения.

Однако, покрытие наночастиц поверхностно-активными веществами (биодеградируемыми полимерами) защищает их от фагоцитарной системы иммунитета, увеличивая время циркуляции наночастиц в крови до 10-16 часов.

2)По множеству причин:

• адресность (специфичность) доставки, позволяющая:
• повысить концентрацию диагностического/лечебного вещества в очаге желаемого воздействия, что увеличивает эффективность диагностики/лечения, что, в случае лечения, позволяет уменьшить его продолжительность.
• снизить концентрацию диагностического/лечебного вещества вне очага желаемого воздействия, что снижает возможность ложной диагностики и токсичность лечения, что, в свою очередь, позволяет увеличить его продолжительность.
• защита включенных в микро- и наноносители биопрепаратов и клеток от разрушения ферментами крови и иммунной системой;
• возможность комбинирования профилактики, диагностики и лечения.

3) Обратной стороной сверхприбыли фармацевтических корпораций от старых препаратов являются огромные государственные затраты здравоохранения на лечение и компенсацию их побочных эффектов.

В ближайшее время государственная политика развитых стран в области бионанотехнологий ускорит внедрение наносомальных веществ в клиническую практику, что постепенно вытеснит токсичные препараты.

Создание наносомальных форм уже созданных и изученных веществ гораздо дешевле поиска, синтеза и изучения новых веществ. Производство наноносомальных форм для адресной доставки дешевле получения моноклональных антител.

4) Несмотря на использование запатентованных веществ, наносомальные формы представляют собой новые cоединения с множеством компонентов и проявляющие новые свойства.

Замечания по ответам – типичные ошибки

1) Наноразмер отнюдь не делает наночастицы невидимыми в организме, где все происходит на молекулярном уровне. Неорганическая структура некоторых типов наночастиц не делает их ни биоинертными, ни, опять таки, невидимыми.

2) Для объяснения преимуществ наносомальной диагностики и терапии вовсе не обязательно полностью повторять первую часть задачи, касающуюся принципов действия различных многофункциональных наносомальных платформ. Необходимо четко выделить преимущества наносомальной диагностики и терапии вообще.

Задача на качество, а не на количество.

Создание наносомальных форм существующих лекарств дешевле синтеза новых препаратов вовсе не потому, что существующие вещества будут использоваться в меньших количествах в связи с адресностью доставки.

Кардиореанимация (6 баллов)

1. Почему нановолокнистые матрицы повышают эффективность клеточной терапии? (2 балла)
2. Каким образом нанопористые стенты предотвращают повторное забивание стентированных сосудов? (2 балла)
3. Как работают датчики давления в ваших стентах? (2 балла)

ОТВЕТЫ

1) Нановолокнистая структура – биомиметическая матрица для деления и созревания стволовых клеток, не просто механический каркас, фиксирующий клетки и предотвращающий их вымывание из очага желаемого воздействия, но и управляемое микро- и наноокружение с возможностью добавления необходимых метаболитов и факторов роста.

2) Нанопористая поверхность механически предотвращает миграцию клеток по краям установленного стента, устраняя основную причину повторного забивания.

3) Микропьезоэлементы преобразуют механическое давление в электрические сигналы, воспринимаемые внешним портативным датчиком.

Замечания по ответам – типичные ошибки

2) Нанопористая поверхность предотвращает повторное забивание вовсе не за счет механического разрушения холестерина.

3) За предложенные, но пока фантастические проекты датчиков давления, оценка снижалась незначительно.