Ústav makromolekulární chemie AV ČR
banner

Biolékařské polymery

Výzkumná činnost našeho oddělení je zaměřena zejména na návrh, syntézu a fyzikálně-chemické i biologické hodnocení vodorozpustných nebo micelárních polymerních nanoterapeutik. Tyto nanomateriály jsou určeny pro lékařské použití jako nosiče léčiv, diagnostických značek nebo jiných biologicky aktivních molekul, které umožňují aktivaci léčiva pouze v cílové nemocné tkáni. Použitá polymerní nanoterapeutika významně vylepšují farmakokinetiku dopravovaných aktivních molekul, odstraňují jejich nežádoucí vedlejší účinky a umožňují koncentrovat léčivo specificky v cílové tkáni, tj. v nádoru, zanícené tkáni nebo v místě bakteriální infekce.

Naše poslání

Naším hlavním cílem je vývoj vysoce účinných polymerních nanoterapeutik pro protinádorovou, protizánětlivou nebo antimikrobiální léčbu, umožňujících zlepšit kvalitu života pacientů.

 

Polymery pro diagnostiku a zobrazovací techniky

Včasná a přesná diagnostika nádorového onemocnění spolu s jeho účinnou a bezpečnou terapií představuje jednu z nejvážnějších lékařských výzev 21. století. Pokročilé zobrazování nádorové tkáně pomocí nových diagnostických metod je klíčovým bodem pro úspěšnou léčbu malignit. Zaměřujeme se na cílený výzkum polymerních diagnostik, která umožní přesnou detekci solidních nádorů. Jde např. o sondy pro fluorescenčně navigovanou chirurgii nádorů hlavy a krku nebo nádorů prsu s vysokým kontrastem v nádorové tkáni vůči normální zdravé tkáni.

Front. Chem. (2020)

Pharmaceutics (2020)

Pharmaceutics (2020)

 

Polymerní teranostika

Nanotechnologie spojující funkci terapeutickou a diagnostickou mají v medicíně velké potenciální využití. Náš výzkum se orientuje na vývoj na míru připravených kombinací terapeutik a diagnostik vázaných na jeden polymerní nosič, tedy tzv. polymerních teranostik. Kromě dopravy léčiva do cílové tkáně mají usnadnit i její vizualizaci, a tím umožnit pozorování efektivity terapie. Námi studovaná teranostika obsahují vybrané protinádorové léčivo a současně fluorescenční značku pro fluorescenční zobrazovací techniky nebo chelátor radionuklidů vhodných pro pozitronovou emisní tomografii (PET). Použití polymerních teranostik, která informují o odezvě pacienta na léčbu, by mělo v budoucnosti omezit zbytečnou léčbu pacientů v případech, kdy taková terapie pro ně není účinná.

J. Control. Release (2018)

Eur. J. Pharm. Biopharm. (2018)

Nanoscale (2017)

 

Amfifilní polymery tvořící micelární nanostruktury

Zaměřujeme se rovněž na detailní výzkum amfifilních kopolymerů, jejichž struktura umožňuje samouspořádávání do nadmolekulárních micelárních struktur. Amfifilní kopolymery se skládají z hydrofilních a hydrofobních částí a jsou studovány především jako nosiče vybraných protinádorových nebo protizánětlivých léčiv. Tyto micelární nosiče díky svému většímu rozměru ve vodných roztocích (desítky nanometrů) mohou sloužit jako nosiče léčiv s prodlouženou cirkulací v krevním řečišti a s významně navýšenou akumulací v pevných nádorech, kde je teprve léčivo aktivováno. Micelární polymerní nosiče mohou být ovšem použity i jako dlouhodobě cirkulující polymerní depa nízkomolekulárních léčiv. Takovéto depo je schopno po relativně dlouhou dobu konstantně uvolňovat léčivo do krevního oběhu, a zajistit tak jeho dostatečnou efektivní koncentraci, což lze s výhodou využít např. při léčbě hematologických malignit. Micelární polymerní nanoterapeutika umožňují připojení léčiv kovalentní vazbou pomocí biodegradovatelných spojek a současně i tzv. nekovalentní inkorporaci hydrofobních léčiv, která jsou obtížně aplikovatelná kvůli své špatné rozpustnosti ve vodě. Takto je možné kombinovat a společně dopravit širokou škálu biologicky aktivních látek, čímž lze výrazně zesílit potřebnou léčbu.

J. Control. Release (2020)

Polym. Chem. (2020)

Mol. Pharm. (2018)

 

“iBodies” - polymerní mimetika protilátek

iBodies® představují nové polyfunkční makromolekuly určené k úplné náhradě protilátek v běžných biochemických metodách. iBodies® byly úspěšně použity v následujících metodách: ELISA, průtoková cytometrie, konfokální mikroskopie, Western blot, imobilizace proteinů a metody imunoprecipitace. Tato plně syntetická protilátková mimetika se skládají z páteřního kopolymeru N-(2-hydroxypropyl) methakrylamidu (HPMA) dekorovaného třemi typy funkčních nízkomolekulárních látek. Tyto látky plní úlohu specifického ligandu, afinitní kotvy a zobrazovací sondy. iBodies® mohou být připraveny na míru pro jakýkoli požadovaný protein a přizpůsobeny zamýšleným aplikacím. Více informací lze nalézt na stránkách ibodies.eu. V současné době jsou již vybrané iBodies distribuovány pro rutinní použití v laboratořích skrze firmu Ximbio

 

ACS Omega (2019)

PLoS Biol. (2019)

Catalyst (2019)

 

Polymerní nanoterapeutika překonávající biologické bariéry

V současné onkologické terapii je překonání biologických bariér, mezi které patří např. vícečetná léková rezistence (MDR), anomální cévní struktura, hypoxie a imunosupresivní prostředí, jedním z klíčových faktorů snižujících efektivitu léčby pevných nádorů. Využitím nových polymerních struktur a vybraných pomocných látek (tzv. adjuvancií) tvoříme polymerní terapeutika, která mohou překonat výše uvedené bariéry, což významně zefektivňuje výsledek léčby špatně zvládnutelných malignit. V neposlední řadě se snažíme vyvinout polymerní nanoterapeutika, která jsou schopna překonat různé biologické bariéry jen na základě své vnitřní struktury bez nutnosti vazby specifických léčiv.

Biomaterials (2017)

Pharmaceutics (2019)

Mol. Cancer Ther. (2018)

J. Control. Release (2018)

 

Nanoterapeutika pro personalizovanou léčbu

Personalizovaná léčba je inovativní léčebný přístup, který se snaží uzpůsobit lékařské zákroky a farmakoterapii každému pacientovi na základě detailní znalosti nádorového onemocnění i samotného pacienta. Právě přístupy založené na nanotechnologiích prokazují velký potenciál pro transformaci obecného axiomu „jeden lék pro všechny pacienty“ na personalizované způsoby léčby. V našem výzkumu jsou polymerní nosiče konstruovány jako vysoce variabilní platforma, která je rychle a snadno přizpůsobitelná požadavkům konkrétního pacienta. Jako příklad je možné uvést, že na základě pozitivity nádorových buněk pro některý specifický receptor je možné připravit nanoterapeutikum, které je cíleno k tomuto receptoru, což významně zvyšuje účinnost proti nádorové mase a snižuje toxicitu pro zdravé tkáně, kde se receptor nenachází. Námi vyvíjená personalizovaná nanoterapeutika umožňují zohlednění podrobných informací o nádorové tkáni pacienta při návrhu chemické struktury konkrétního léčiva. Takto na míru připravená polymerní nanoterapeutika slibují vysoce efektivní a precizní terapii s nízkým rizikem nežádoucích účinků.

J. Control. Release (2020)

Sci. Rep. (2019)

Biomacromolecules (2019)

 

Bioaktivní polymery jako tzv. „terapeutika bez léčiv“

Abychom zvýšili účinnost polymerních nanoterapeutik, připravujeme v našich laboratořích polymerní nosiče, které nesou ve své struktuře ligandy se specifickou afinitou k receptorům na cílových buňkách nebo tkáních. Jako ligandy využíváme oligopeptidy, monoklonální protilátky nebo fragmenty rekombinantních protilátek. Při návrhu struktur využíváme orientovaných vazeb s cílem získat polymerní terapeutika s vysokou afinitou k receptorům, aby nedošlo ke ztrátě afinity původních ligandů. Mimo výše uvedené se zaměřujeme také na bioaktivní polymery, tzv. „terapeutika bez léčiv“. Navrhli jsme a vyvíjíme nové typy glykopolymerů, vodorozpustných polymerů se specifickými oligosacharidy nebo glykomimetiky s vysokou afinitou k lektinovým ligandům, například galektinům, které hrají významnou roli při růstu a invazivitě nádorů.

Biomacromolecules (2020)

J. Control. Release (2020)

Polym. Chem. (2017)

 

Syntéza pokročilých polymerních nosičů léčiv

Biologická účinnost a detailní vlastnosti nanoterapeutik jsou určovány především jejich vnitřní strukturou, kterou je možné optimalizovat vzhledem k danému využití. Naším cílem je vyvíjet nové syntetické strategie pro přípravu definovaných lineárních, diblokových, roubovaných nebo hvězdicovitých polymerních nosičů léčiv, a to pomocí řízených polymerizačních technik a pokročilých metod současné organické chemie. Vyvíjíme vysokomolekulární biokompatibilní a biologicky odbouratelné polymerní materiály, které jsou posléze důkladně hodnoceny z hlediska jejich využití jako nosičů biologicky aktivních látek.

Biomaterials (2020)

Biomacromolecules (2018)

Acta Biomater. (2020)