Общая трудоемкость курса, акад.ч.: 72

Лекции, акад.ч.: 16

Практические занятия, акад.ч.: 16

Самостоятельная работа, акад.ч.: 40

Вид итогового контроля: Зачет

Базовые знания:
Программа курса предполагает, что обучающиеся имеют теоретическую и практическую подготовку в области базовых дисциплин: коллоидной, физической, органической, аналитической, неорганической химий и физики.

Содержание курса:
1. Применение наночастиц в фармацевтике.
Наночастицы с точки зрения химии и фармацевтической нанотехнологии. Понятие наномедицины. Определение понятия наночастиц в соответствии с международными классификациями. Границы наномира с точки зрения физических свойств материалов и биологических свойств объектов. Наночастицы в фармацевтической технологии. Проблемы и задачи наномедицины. Предпосылки возникновения и история развития концепции направленной доставки лекарств. Концепция «волшебной пули» Пауля Эрлиха как парадигма таргетной терапии. Биологические и фармацевтические предпосылки зарождения концепции направленнного транспорта лекарственных веществ с помощью наночастиц. От идеи до лекарственной формы: первые работы по использованию наноразмерных наноносителей в качестве систем доставки лекарств. Наноразмерные носители, используемые в наномедицине: основные типы, их свойства и применение. Классификация наноразмерных носителей, используемых в наномедицине по природе носителя. Основные требования к наноразмерным носителям для биомедицинского применения. Классификация носителей по способности к биодеградации. Описание свойств и применение основных типов биодеградируемых (липосомы, полимерные наночастицы и мицеллы) и небиодеградируемых (дендримеры, углеродные нанотрубки, фуллерены, квантовые точки, суперпарамагнитные наночастицы оксида железа) наноноразмерных носителей. Нанотоксикология: безопасность наноразмерных носителей. Воздействие наночастиц на организм человека при различных способах попадания. Основные факторы токсичности наночастиц. Классы наночастиц с доказанной цитотоксичностью. Биосовместимость и способность к биодеградации как основной критерий безопасности нанолекарств. Потенциал применения наноразмерных систем в медицине. Наноразмерные системы для лечения и диагностики / тераностики заболеваний. Возможные недостатки существующих лекарственных веществ / препаратов, которые можно исправить с помощью наноразмерных систем доставки. Изменение биораспределения лекарственного ещества (ЛВ) с помощью наночастиц в зависимости от размера и свойств поверхности. Процессы, происходящие при попадании наночастиц в системный кровоток: опсонизация и фагоцитоз иммунными клетками. Механизмы интернализации наночастиц клетками эукариот: фагоцитоз, макропиноцитоз и эндоцитоз. Технология «stealth», позволяющая наночастицам избегать распознавания клетками иммунной системы. Концепция пассивной доставки ЛВ с помощью наночастиц: эффект повышенной проницаемости и накопления. Гематоэнцефалический барьер как препятствие проникновению лекарственных веществ в мозг: возможность адресной доставки с помощью наночастиц. Основные области применения наночастиц в качестве систем доставки лекарств. Наночастицы для одновременной диагностики и терапии - тераностики.
Возможности применения наноразмерных носителей для улучшения биораспределения и фармакокинетики лекарственных веществ и снижения специфической токсичности. Применение «stealth» технологии для увеличения времени циркуляции и снижения специфической токсичности лекарственных веществ за счет изменения биораспределения (повышения накопления в опухоли и снижение воздействия на нормальные ткани) на примере ПЭГилированной липосомальной формы доксорубицина (Doxil®). Примеры снижения специфической токсичности антибиотиков с помощью наночастиц. Термочувствительные липосомы как технология таргетной терапии солидных опухолей. Наноразмерные лекарственные формы антибиотиков для терапии внутриклеточных инфекций. Проблемы терапии внутриклеточных инфекций: ускользание персистирующих в иммунных клетках паразитов от стандартных форм антибиотиков, имеющих низкую внутриклеточную доступность. Механизмы доставки наносомальных форм антибиотиков (липосом, наночастиц) в иммунные клетки (макрофаги). Примеры увеличения эффективности и снижения токсичности антибиотиков при экспериментальной терапии внутриклеточных инфекций с помощью наноразмерных носителей (липосом, полимерных наночастиц) на различных биологических моделях in vitro и in vivo. Преодоление антибиотикорезистентности с помощью наночастиц. Механизмы резистентности бактерий к антибиотикам. Механизмы преодоления антибиотикорезистентности с помощью наноразмерных носителей. Неорганические наночастицы с собственной антибактериальной активностью. Наночастицы для преодоления устойчивости бактериальных биопленок к антибиотикам. Бактериальные биопленки как проблема современной терапии и трансплантологии. Факторы толерантности биопленок и механизмы их преодоления с помощью наночастиц. Эффективность наночастиц в отношении биопленок на экспериментальных моделях. Повышение растворимости труднорастворимых веществ с помощью наночастиц. Технология солюбилизации труднорастворимых в воде лекарственных веществ с помощью альбумина - Nanoparticle Albumin-Bound технология, на примере лекарственного препарата Abraxane®: принцип метода. Преодоление гематоэнцефалического барьера с помощью наночастиц. Гематоэнцефалический барьер (как препятствие для проникновения терапевтических агентов в мозг для терапии опухолей ЦНС и нейродегенеративных заболеваний). Развитие направления доставки лекарственных веществ в мозг с помощью наночастиц: роль полисорбата 80 в механизме преодоления гематоэнцефалического барьера. Наночастицы для фотодинамической терапии. Фотодинамическая терапия как перспективная неинвазивная стратегия таргетной терапии солидных опухолей. Применение различных наноразмерных носителей в качестве систем пассивной и активной доставки фотосенсибилизаторов. Биомедицинское применение магнитных наночастиц. Магнитные наночастицы в качестве контрастного реагента для магнитно-резонансной томографии. Суперпарамагнитные наночастицы оксида железа для визуализации клеток, магнитной сепарации биомолекул, магнитофекции, производства биочипов и тераностики.
2. Технология получения наночастиц фармацевтического назначения. Технологические подходы, применяющиеся при получения полимерных наночастиц. Технология получения наночастиц из синтетических полимеров. Эмульгирование с последующим выпариванием растворителя. Наноосождение. Высаливание. Диализный метод. Распылительное высушивание. Использование сверхкритических технологий. Сверхкритические технологии. Метод быстрого расширения сверхкритического раствора. Метод анти-растворителя. Метод получения частиц из насыщенных газами растворов. Примеры использования сверхкритических флюидных технологий при разработке систем доставки. Использование мембранных технологий. Применение микрофлюидных технологий. Технология получения полимерных наночастиц полимеризацией мономеров. Эмульсионная полимеризация. Межфазная полимеризация. Технология получения наночастиц из природных полимеров. Метод гелеобразования в эмульсии. Метод коалесценции. Метод диффузии растворителя. Метод обратного мицеллообразования. Метод ионотропного гелеобразования. Метод радикальной полимеризации. Метод десольватации. Факторы и технологические параметры, влияющие на характеристики полимерных наночастиц (размер, полидисперсность, эффективность включения ЛВ). Факторы, влияющие на размер и полидисперсность наночастиц: методы их получения, природа ЛВ, соотношение органической и водной фаз, состав и концентрация полимера, тип и концентрация поверхностно-активных веществ, скорость гомогенизации (для эмульсионных методов), состав и концентрация распыляемого материала, скорость и температура сушильного агента (для распылительной сушки), соотношение скоростей потоков и геометрии каналов (для микрофлюидных технологий), размер пор (для мембранных технологий). Взаимодействие полимер : ЛВ.
Технология получения полимерных мицелл и липосом. Полимерные мицеллы: основные походы к разработке наночастиц на их основе. Особенности строения полимерных мицелл. Метод прямого растворения. Метод диализа. Метод твердой дисперсии. Метод упаривания растворителя. Метод лиофильного высушивания. Метод микрофазного разделения. Липосомы: структурные особенности и технология получения. Особенности строения липосом. Метод гидратации липидной пленки. Методы с использованием оборудования высокого напряжения сдвига. Метод инъекции растворителя. Метод испарения с обращением фаз. Метод удаления детергента. Микрофлюидные технологии. Оптимизация подхода для промышленного получения наночастиц. Достоинства и недостатки изученных стратегий получения полимерных наночастиц, полимерных мицелл, липосом. Сравнение технологий получения наночастиц между собой и изучение возможности масштабирования процессов. Экономическое и экологическое обоснование.
3. Методы анализа, используемые в ходе разработки наноразмерных лекарственных форм.
Особые свойства наночастиц, требующие «особых» методов. Определение размера наночастиц и заряда их поверхности. Характеристики распределения частиц по размерам. Метод динамического светорассеяния для определения размеров и зарядов наночастиц. Определение размера наночастиц (эффективного гидродинамического радиуса). Принцип метода. Измерение заряда поверхностинаночастиц (дзета-потенциала). Понятие о дзета-потенциале наночастиц. Метод электрофоретического светорассеяния для измерения дзета-потенциала поверхности наночастиц. Титраторы наночастиц, примеры титрования. Современная приборная база и примеры использования метода для анализа реальных объектов. Задачи визуализации наноразмерных лекарственных форм в процессе их разработки. Классификация основных микроскопических методов, используемых для визуализации фармацевтических наночастиц. Электронная микроскопия: сканирующая электронная микроскопия (СЭМ), трансмиссионная электронная спектроскопия (ТЭМ). Принципы, лежащие в основе методов. Возможности методов. Примеры практического применения методов электронной микроскопии при анализе различных нанообъектов (твердые наночастицы органической и неорганической природы, липосомы, мицеллы и др.). Возможности методов для визуализации фармацевтических наночастиц в биологических объектах. Сканирующая зондовая микроскопия. Атомно-эмиссионная спектроскопия. Принцип метода. Возможности метода.
Флуоресцентная микроскопия. Введение: флуоресцентные наночастицы и биосенсоры в биологии, медицине и фармакологии. Определение понятия флуоресцентной микроскопии. Область применения, значение для биологии и медицины. Физические основы флуоресценции. Знакомство с основными понятиями и терминами, применяемыми в оптической микроскопии. Флуоресценция, квантовый выход, яркость, молярный коэффициент экстинкции, время жизни флуоресценции. Обзор методов оптической микроскопии. Лазерная сканирующая конфокальная микроскопия, принцип метода.
Обзор наиболее часто используемых хромофоров в флуоресцентных методах анализа. Знакомство с основными классами флуоресцентных органических молекул, применяемых в биологии (флуоресцеин, родамин, цианины, красители семейства Alexa Fluor, BODIPY); преимущества и недостатки каждой группы. Технология генетической трансформации клеток, введение генов флуоресцирующих белков. Применение флуоресцирующих белков для изучения функционирования живых систем, взаимодействия нанопрепаратов с клетками и тканями.
Методы окрашивания клеточных органелл, прижизненная визуализация клеток. Физико-химические и оптические свойства квантовых точек. Преимущества и недостатки в сравнении с другими хромофорами.
Классификация и характеристика флуоресцентных наночастиц. Флуоресцентные наночастицы: визуализация и доставка лекарственных веществ, флуоресцентные биосенсоры. Применение флуоресцентных наночастиц для тераностики. Сочетание методов оптической визуализации, МРТ и КТ с помощью наночастиц (мультимодальная визуализация). Способы модификации поверхности флуоресцентных наночастиц для направленной доставки в очаг патологии.
Спектральные методы анализа при изучении наночастиц фармацевтического назначения. Атомная и молекулярная спектроскопия. Методы изучения высвобождения лекарственного вещества из наноразмерных лекарственных форм. Типичные профили высвобождения. Наноразмерные формы, использующиеся для диагностики. Методы изучения свойств наночастиц, использующихся для диагностики.
Методы количественного анализа, использующиеся для биофармацевтического анализа наноразмерных лекарственных форм.