Предложен принципиально новый подход, позволяющий существенно продлить время циркуляции наноагентов в кровотоке и, как следствие, увеличить их терапевтическую активность. Подход, названный «цитоблокадой мононуклеарной фагоцитарной системы» не требует какой-либо модификации наночастиц и заключается во введении в организм относительно небольшого количества антител против собственных эритроцитов. В результате иммунная система «сосредотачивается» на атаке на собственные эритроциты и на какое-то время «перестает видеть» вводимые наноматериалы, которые за это время способны найти целевые патогенные объекты и обеспечить терапевтическое действие. Важной характерной чертой данного подхода является его универсальность, т.е. независимость от природы, размера и других свойств используемых наночастиц [Nat Biomed Eng. 2020]. Еще один разработанный подход к улучшению терапевтического эффекта наноагентов, идеологически близкий к упомянутому выше, состоит во введении в организм «инертных» наноагентов, вызывающих на себя атаку иммунной системы, и только потом наночастиц с лекарством [J. Cont. Release. 2020].

Впервые для улучшенной терапии опухолей с визуальным контролем разработана стратегия региоспецифичного нацеливания на разные участки одного и того же  рецептора опухолевой клетки комбинации двух противоопухолевых токсинов с разными механизмами действия - антибиотика доксорубицина в составе адресных наночастиц с диагностическим флуоресцентным красителем и белкового адресного токсина. Показано строгое синергетическое действие этих токсинов на опухоль, которое позволило снизить действующую дозу противоопухолевых токсинов в 1000 раз в опытах in vitro и существенно улучшить терапевтический эффект in vivo. Данная стратегия позволила замедлить рост опухоли и предотвратить появления метастазов.

Нами был сконструирован рецептор-специфический вариант DR5-B противоопухолевого цитокина TRAIL, который обладает уникальным свойством селективно связываться только с рецептором смерти DR5, запускающим апоптоз, но не имеет сродства к рецептору DR4 и рецепторам-ловушкам DcR1, DcR2 и OPG. Исследование DR5-B показало, что он проявляет повышенную проапоптотическую активность в опухолевых клетках как отдельно, так и в комбинации с химиопрепаратами. DR5-B ингибирует рост опухоли в ксенотрансплантантах HCT116 и Caco-2 с эффективностью, в 2,5-3 раза превосходящей таковую для цитокина дикого типа, а также значительно увеличивает выживаемость животных. Фармакокинетические параметры DR5-B сопоставимы с параметрами TRAIL дикого типа, но период его полувыведения в 3,5 раза выше. Таким образом, рецептор-специфический вариант DR5-B цитокина TRAIL может являться эффективным средством для терапии опухолевых заболеваний.

В статье, опубликованной в журнале Nature Biotechnology, ученые ИБХ РАН показали возможность создания растений, излучающих собственную видимую люминесценцию. Было обнаружено, что биолюминесценция некоторых грибов метаболически сходна с естественными процессами, характерными для растений. Интегрировав гены биолюминесцентной системы гриба Neonothopanus nambi в геном табака, ученые смогли создать растения, которые светятся намного ярче, чем это было возможно ранее. Созданные трансгенные растения светятся непрерывно на протяжении всего жизненного цикла и могут быть использованы в качестве системы для проведения биоимиджинга. В отличие от других широко используемых биолюминесцентных систем, например, светлячков, для поддержания биолюминесценции грибов не требуются уникальные химические реагенты.

На основе периодических золотых наноструктур (нанодотов) создан биосенсор - преобразователь Фурье, позволяющий достигать сверхвысокой чувствительности анализа соединений (10^-15 г/мл) в биологических средах. Разработанная методология позволит решать задачи высокочувствительного анализа целевых соединений в сложных матриксах, в том числе, гормонов и других биорегуляторов, действующих в очень низких концентрациях (допинг-контроль), высокотоксичных веществ (биотоксинов), патогенов (для задач биобезопасности, борьбы с биотерроризмом). Впервые в мире получены золотые наностержни, покрытые опухолеспецифичным адресным модулем DARPin, которые находят опухолевые клетки определенного молекулярного профиля и подавляют их рост при облучении инфракрасным светом в «окне прозрачности биоткани» (IC₅₀ 3.4 нМ).

Для тераностики рака получены радиоактивные гибридные наночастицы НАФ-Р-Т, включающие антистоксовые нанофосфоры (НАФ), допированные радиоактивным изотопом иттрием-90, и фрагмент  псевдомонадного экзотоксина А, снабженного искусственным адресным полипептидом DARPin, специфичным к опухолевому рецептору HER2. На мышах с привитой аденокарциномой молочной железы человека показаны высокая эффективность комбинированной терапии полученным комплексом и высокая контрастность изображения in vitro и in vivo. Показано, что синергический эффект одновременного применения радионуклида и адресного токсина с результирующим значением IC50 = 0.0024 мкг/мл  в 2200 раз сильнее, чем при их раздельном применении.  Результаты опубликованы в Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2018. Совместно с ННГУ им. Н.И. Лобачевского 

Сконструированы новые агенты для тераностики рака на основе гибридных наночастиц с различным механизмом действия. Наибольший интерес в качестве перспективных агентов для фототермической терапии рака представляют 5 нм наночастицы коллоидного золота, конъюгированные с HER2-специфичным адресным полипептидом неиммуноглобулиновой природы DARPin. Золотые наночастицы, покрытые белковой шубой, обладают высокой стабильностью в физиологических условиях, селективно связываются с HER2-положительными раковыми клетками и интернализуются посредством рецептор-опосредованного эндоцитоза. 
Работа поддержана грантом РНФ №14-24-00106.