Полинуклеотиды: клинические испытания и новые горизонты

В предыдущих статьях мы обсуждали виды и свойства полинуклеотидов, а также безопасность их применения в косметологии. В этот раз предлагаем оценить, насколько современная наука продвинулась в теоретическом и практическом изучении препаратов на основе этих биополимеров. В статье рассматриваются доступные публикации и обозреваются перспективы применения ПДРН в различных областях медицины, в том числе – в косметологии.

Введение

История знакомства науки с нуклеиновыми кислотами, и, в частности, с полидезоксирибонуклеотидами (ПДРН), началась в 1868 году. Это вещество, выделенное из клеточных ядер, имело настолько сложную структуру, что вплоть до 1962 года – момента, когда структура ДНК была окончательно расшифрована, - для исследований, а также в терапевтических целях, его применяли в неизменном виде.

После того, как стало понято строение ПДРН, их начали делить на более мелкие структурные части. Также ученым удалось синтезировать отдельные нуклеозиды, и в 60 – 70-х годах XX века создать новый вид лекарственных средств. Это были такие препараты, как метилурациловая мазь, предназначенная для лечения ран, или деринат – натриевая соль дезоксирибонуклеиновой кислоты, применяемая как иммуностимулятор.

Любое направление в науке имеет свои взлеты и падения. Начиная с конца 70-х годов, интерес к изучению ПДРН был снижен и возобновился лишь в 90-х годах с развитием методов молекулярной биологии, а также клеточных технологий. Ранее недоступные широкому кругу исследователей, новые технологии проникали в рутинную лабораторную деятельность. Это привело к появлению такого направления, как генная инженерия. [1]

С развитием понимания внутреннего устройства тонкого мира были усовершенствованы лекарственные средства на основе ПДРН – стало возможно синтезировать именно те отрезки полимерной цепи, которые нужны для развития или сдерживания различных процессов, протекающих в живом организме. На данный момент активно изучаются механизмы таких взаимодействий. В частности, особенно актуальна таргетная терапия, позволяющая с помощью синтетической короткоцепочечной молекулы ДНК запускать механизмы деградации вирусов и опухолей, а также влиять на продукцию и действие различных цитокинов.

Методы получения ПДРН

Логично предположить, что для активной исследовательской работы, а также обеспечения производства изделий медицинского назначения и косметики требуется значительное количество сырья. Как получают ПДРН?

В общем, существует два вида ПДРН: синтетический и полусинтетический, или биотехнологический. Синтетическую ДНК получают с помощью специальных синтезаторов методом твердофазного синтеза. С экономической точки зрения, этот способ обоснован для получения олигонуклеотидов (до 20-30 нуклеозидов в цепи). Получаемый продукт предназначен для исследований, либо производства субстанций для таргетной терапии.

Биотехнологический ПДРН может иметь различное происхождение – нуклеиновые кислоты можно выделить из любой клетки, будь то растение или животное.

Рис. 1. Оценка качества ДНК методом электрофореза. Слева направо: маркеры молекул ДНК разной длины; качественная ДНК, однородная по молекулярной массе; некачественная ДНК (Источник: https://blog.genotek.ru/dna-isolation-practice)

Основными источниками ПДРН для биотехнологии являются молоки рыб, в основном – лососевых или тресковых пород, а также телячий тимус. Как показывает практика, субстанции, выделенные из различных видов живых организмов, отличаются длиной цепи, но, при применении в терапевтических целях для лечения ран, производят схожий эффект. [2]

Процесс получения ПДРН из органического сырья является многостадийным, и в упрощенном виде описывается как разрушение клеточных и ядерных стенок с последующим выделением нуклеиновых кислот. Далее полученный полупродукт очищают и стандартизуют, т. е. проверяют его химическое строение и чистоту. В таком виде ПДРН готов к использованию или дальнейшей переработке.

ПДРН в медицине

За последние 10 лет терапевтические препараты на основе ПДРН субстанции были сильно усовершенствованы. Стоит отметить, что мы сознательно не рассматриваем успехи таргетной терапии и исследования в области генной инженерии, чтобы не усложнять текст. Все факты, приведенные ниже, имеют отношение к инъекционному, либо наружному способу применения ПДРН.

Начнем с реконструктивной хирургии. В настоящее время широко известны материалы для протезирования синовиальной жидкости на основе гиалуронана. В 2009 году был зарегистрирован патент на композицию для лечения костно-суставных заболеваний на основе ПДРН, предназначенную для введения в сустав [3]. Помимо проведения токсикологических испытаний, подтверждающих безопасность изобретения, ученые установили, что результат применения препарата на основе ПДРН сопоставим с результатами применения гиалуронана. [4]

Помимо замещения и восполнения синовиальной жидкости, возможно и наращивание костной ткани. Так, итальянские ученые показали, что совместное применение ПДРН и материала для остеопротезирования способствует более скорому и эффективному восстановлению костной ткани. [5]

В современной литературе встречается множество упоминаний о способности ПДРН ускорять регенерацию кожи. Так, это вещество было исследовано на мышах в целях заживления послеоперационных рубцов [6], а также при лечении синдрома диабетической стопы [7]. В результате было показано, что улучшение состояния тканей наступает из-за увеличения насыщения пораженных участков, а также из-за стимуляции неоангиогенеза и, соответственно, развитию кровеносной системы в травмированном кожном покрове. Такие результаты говорят о снижении вероятности некроза тканей, что делает метод перспективным для рутинной практики.

Рис. 2 Гистологическая оценка (гематоксилин и эозин) заживления пост-операционного лоскута на фоне ишемического поражения тканей, проведенная на 5 и 10 день после операции (десятикратное увеличение). A– Терапия плацебо (физраствор), на 5 день: отсутствие процесса выздоровления.  B– Терапия полинуклеотидами, на 5 день: неполное заживление. C– Терапия плацебо, на 10 день: слабый процесс заживления; образование гранулематозной ткани. D– Терапия полинуклеотидами, на 10 день: выздоровление, нормальная архитектура кожи. (Источник: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0741521411018386)

Подобный эффект наблюдается не только на примере живых организмов, но и при проведении экспериментов с клеточными культурами. Так, на примере человеческих фибробластов было показано, что совместное применение гиалуронана и ПДРН вызывает усиленный рост клеток [8].

Рис. 3 Гистологическая оценка (гематоксилин и эозин) тканей диабетической стопы до и после курса лечения с применением ПДРН. A– До обработки. Черным эллипсом отмечен некроз тканей.  B– После курса лечения – уменьшение воспаления. C– Васкуляризация до терапии, желтыми стрелками указаны сосуды. D– Васкуляризация после терапии, желтыми стрелками указаны сосуды. (Источник: https://www.researchgate.net/publication/320644842_Polydeoxyribonucleotide_PDRN_Improves_Peripheral_Tissue_Oxygenation_and_Accelerates_Angiogenesis_in_Diabetic_Foot_Ulcers)На примере человеческих кератиноцитов исследовалась кинетика воспалительного процесса в присутствии ПДРН [9].

Исследование показало, что, по сравнению с рибонуклеинатами, уменьшение воспаления эффективнее проходит под влиянием дезоксирибонуклеинатов.

ПДРН в медицине

Безусловно, говоря про эстетическую косметологию, интересно ознакомиться с результатами, более приближенными к реальным задачам. Например, практикующим специалистам знакома ситуация с восстановлением и заживлением кожных покровов после воздействия СО₂-лазером. Исследователи предложили использовать инъекции на основе ПДРН для восстановления и нормализации кожи. Исследование проводилось на крысах и показало интересные результаты. [10] По сравнению с группой животных, получавших инъекции плацебо (физиологический раствор натрия хлорида), было отмечено ускорение заживления поврежденных тканей кожи. Подобный результат говорит о безопасности и применимости препаратов на основе ПДРН даже после агрессивных процедур.

Рис. 4. Фотографии динамики заживления кожного покрова мышей, подвергшихся процедуре с использованием абляционного СО₂-лазера, полученные во время применения ПДРН (сверху) и плацебо (снизу). (Источник: [10])

Заключение

Уже сейчас ПДРН имеет интересную и подробную доказательную базу. Представленные выше данные свидетельствуют об эффективности и безопасности этого ингредиента. Более того, его репаративные свойства, а также минимальная нагрузка на иммунитет позволяют использовать препараты на его основе даже в период восстановления после агрессивных процедур и даже пластических операций.

Список литературы

1. Khvorova A, Watts JK. The chemical evolution of oligonucleotide therapies of clinical utility. Nat Biotechnol. 2017 Mar;35(3):238-248.
2. Jong Hun Lee et al. Comparison of wound healing effects between Oncorhynchus keta-derived polydeoxyribonucleotide (PDRN) and Oncorhynchus mykiss-derived PDRN. Archives of Craniofacial Surgery. Vol. 19, No. 1, 20-34.
3.  Каттарини-Мастелли Л., Каттарини-Мастелли Дж. Инъекционная композиция на основе полидезоксирибонуклеотидов для лечения костно-суставных заболеваний. Патент РФ № 2508115
4. Ancuța Zazgyva et al. Polynucleotides versus sodium hyaluronate in The local treatment of knee osteoarthritis. AMT, v. II, no. 2, 2013, p. 260-263
5. Barbara Buffoli et al. Sodium-DNA for Bone Tissue Regeneration: An Experimental Study in Rat Calvaria. BioMed Research International. Vol. 2017, Article ID 7320953, 9 pages
6. Francesca Polito et al. Polydeoxyribonucleotide restores blood flow in an experimental model of ischemic skin flaps. Journal of Vascular Surgery. Vol. 55, Is. 2, Febr. 2012, Pages 479-488
7. Kim S et al.  The effects of PDRN on diabetic feet. Archieves of Plastic Surgery 2017;44:482-489
8. Stefano Guizzardi et al.  Hyaluronate Increases Polynucleotides Effect on Human Cultured Fibroblasts. Journal of Cosmetics, Dermatological Sciences and Applications, 2013, 3, 124-128
9. Judit Danis et al. Differential Inflammatory-Response Kinetics of Human Keratinocytes upon Cytosolic RNA- and DNA-Fragment Induction. Int. J. Mol. Sci. 2018, 19(3), 774
10. Mi Yu & Jun Young Lee. Polydeoxyribonucleotide improves wound healing of fractional laser resurfacing in rat model. Journal of Cosmetics, Dermatological Sciences and Applications, 2017, Vol. 19, Is. 1, Pages 43-48