Полимерите не са пластмаса

Деница Николова е отличена с наградата „Изявен млад учен в областта на полимерите“ на името на проф. Иван Шопов за 2023 г.

Деница Николова от Факултета по химия и фармация към Софийския университет „Св. Климент Охридски“ е носителка на наградата „Изявен млад учен в областта на полимерите“ на името на проф. Иван Шопов за 2023 г. Научните й изследвания са посветени на разработването на полимерни носители на биологично активни вещества с потенциално приложение в офталмологията. От нови полимерни материали са изработени меки контактни лещи, съдържащи подходящи лекарствени вещества, които постепенно се освобождават и навлизат в окото. Постигнатите резултати са от значение за развитието на една изключително перспективна област в медицината и са отразени в две научни публикации в международните списания Polymer International и Gels.

Деница Николова е завършила Софийската математическа гимназия. Казва, че винаги са ѝ вървели повече точните науки, отколкото история, география или биология например. Но в един момент решава, че не иска да се занимава с математика, а с фармация. Изборът донякъде е предопределен от факта, че когато завършва гимназия, масово се кандидатства медицина или фармация. Но не я приемат.

Записва се по второ желание в специалност „Екохимия“, от която няма никаква предварителна представа. Впоследствие се оказва, че в нея се изучават много по-различни неща от чистата химия – екология, ботаника, биоразнообразие, които ѝ дават по-широк поглед към света.

„Реших, че ще се запиша, пък след първата година ще се преместя – признава Деница. – Но това се оказа доста трудно, не като сега. Трябваше да се отпиша от специалността, да изчакам да минат трите класирания, както и последното, четвърто за попълване на бройки. И тогава, ако евентуално останат някакви бройки, пак се прави класиране за желаещите да се преместят. Затова си казах, че първо ще завърша специалността, пък после ще мисля каква магистратура да запиша.“

Любопитното е, че първите срещи с химията в VII клас не са ѝ много приятни. „Не се разбирахме с химията, не бяхме добри приятелки“, спомня си с усмивка Деница. Но когато започва да учи в СМГ, учителката ѝ по химия „предсказва“ друго.

„Седях на първия чин и когато минаваше, тя гледаше какво правя, как решавам задачи – спомня си младата изследователка. – Веднъж застана до мен и каза, че някой ден ще стана химик. Погледнах я с огромно недоверие и реших, че се е объркала нещо. И ето какво стана – 10 – 15 години по-късно наистина се занимавам с химия. Тя е видяла нещо у мен, което тогава не съм осъзнавала.“

Родителите ѝ винаги са я насърчавали да се занимава с наука, да прави академична кариера, но в началото Деница много-много не се вслушва в техните съвети. Между трети и четвърти курс обаче отива за два месеца на стаж в „Актавис“ – Дупница. Но работата там не ѝ допада. В лабораторията, където попада, се правят стандартни изпитвания, но не се занимават с наука. Тогава си дава сметка, че това, което ѝ е харесвало до този момент в лабораторната работа, са именно експериментите и заниманията с наука.

„В началото на IV курс трябваше да си изберем лаборатория във Факултета, в която да изкараме задължителен стаж – разказва Деница. – Насочих се към Лабораторията по полимери, защото нейният ръководител доц. Елена Василева ни беше водила курс и дори ме беше похвалила, че работя добре. Понеже имах висок успех през годините, реших, че ще е по-добре да завърша с дипломна работа, вместо с държавен изпит. И останах в лабораторията, за да направя дипломната си работа. Вече си давах сметка, че полимерите са ми много интересни, и по-точно заниманията ми с полимерни носители за лекарство-доставящи системи. Исках да продължа да се развивам в тази посока. Полимерите са една огромна част от химичните съединения, които съществуват, и са навсякъде около нас. Дори ако погледнем малко по-философски, може да кажем, че и ние сме изградени от полимери – белтъците например също са полимери.“

Фокусът на изследователската работа на Деница е върху приложението на полимерите в медицината и фармацията. Ако човек си купи кутийка с лекарство, на нея е отбелязано активното вещество, което обикновено е няколко милиграма. Всичко останало в таблетките са добавки, по-голямата част от които – полимери. Но когато чуят думата „полимери“, хората си представят пластмаса. Един полимер може да стане пластмаса, но не всички полимери са пластмаса, уточнява Деница Николова.

Когато постъпва на работа в лабораторията, започва да се занимава с хидрогелове. Това са полимерни структури, които могат да поемат много голямо количество вода. Но не могат да се разтворят във вода. Една от нейните разработки е за хидрогелове, които да бъдат приложени като контактни лещи за очи. Меките контактни лещи, които се използват в момента, са направени от някакви силикони или от поли(хидроксиетил метакрилат), които също са вид полимери.

„Полимерът, който аз правя, е различен от гледна точка на това, че е биосъвместим – казва Деница. – Цялата разработка е фокусирана върху факта, че много хора в световен мащаб страдат от глаукома. Това е заболяване, което не се лекува, а се поддържа. Основният медикамент, който се прилага при пациентите, е тимолол малеат под формата на капки за очи. Но като се сложи капка в окото, по-голяма част от нея изтича навън. При самия досег със сълзата концентрацията на лекарствено веществото се разрежда. И трето – самото лекарствено вещество бива отмито, тъй като в момента, в който капнем капката, окото се раздразва, отделят се повече сълзи и съответно активното вещество се изхвърля. Накрая, като се пресметне първоначалното количество лекарство, което се слага в окото, и това, което реално стига до роговицата, то е някъде около 5%. А до мястото, което трябва да се лекува, стигат едва около 2% от него. Това е много ниска бионаличност.“

Младата изследователка прави две разработки. Едната е за нано- или микрочастици, които са натоварени с това лекарствено вещество – тимолол малеат. По повърхността си тези частици имат положителни заряди, докато повърхността на окото е с отрицателни заряди. И тъй като положителните и отрицателните заряди се привличат, се предполага, че чрез чисто електростатични взаимодействия те ще се прикрепят върху повърхността на окото и няма да позволят да бъдат отмити от сълзата. Така лекарственото вещество ще има достатъчно време да мине през роговицата.

Друг проблем, който съществува, са т.нар. очни бариери, през които лекарството преминава по-трудно. Тяхната функция е да пречат на всякакви вредни вещества да навлизат вътре в окото, но в същото време, те възпрепятстват и лекарствата.

И за да може по-голямо количество от дадено лекарство да премине през роговицата, трябва да са по-дълго в контакт. Проблемът при този вариант е, че ако тези частици останат по-дълго време върху повърхността на окото, могат да предизвикат дразнене. И така да задействат защитния механизъм на окото – то почва да сълзи, за да изхвърли нежеланите „нашественици“.

„Затова се замислихме какво може да се направи, че хем да удължим времето на контакт между лекарството и роговицата, хем то да не бъде отмито“, споделя Деница. Един вариант за решение на този въпрос е контактни лещи за очи, които да бъдат „натоварени“ с лекарствено вещество.

„Идеята е, като се сложат един път, да престоят в очите целия ден и да не се налага да се слагат капки на 2 – 3 часа. Това ще позволи да освобождават постепенно лекарственото вещество. Сълзата няма да може да го отмие, тъй като лекарството остава „заключено“ между лещата и роговицата.
И като няма къде другаде да отиде, ще влезе в окото. Това накратко е работата, която съм свършила досега“, обяснява Деница.

Контактните лещи са под формата на хидрогелове. Хората, които носят такива, знаят, че окото трябва да се овлажнява допълнително чрез капки, иначе се изсушава и се получава дискомфорт за пациентите. Тъй като хидрогеловете съдържат голямо количество вода, те овлажняват окото и не е необходимо то допълнително да се овлажнява от капки за очи.

Засега Деница Николова прави само лабораторни експерименти. Надява се да успее да направи и тестове с животни, за да се види как ще реагира окото на този хидрогел. Въпреки че има лабораторни тестове, които доказват, че те са биосъвместими, понеже самият полимер, от който се правят, има т.нар. биомиметични свойства. Тоест той имитира природни структури като белтъците например. Това е цял клас полимери, които се наричат поли цвитерйони. Те имитират аминокиселините, изграждащи белтъците, от които е направено човешкото тяло.

В момента много учени изследват полимерите за всякакви възможности. В специализираната литература има много статии за таргетно доставяне на лекарства за лечение на рак, тумори и други заболявания.

„Преди това съм работила с други частици за доставяне на лекарствени вещества – ползвахме като моделно лекарствено вещество диклофенак натрий, който е нестероидно противовъзпалително средство – казва Деница Николова. – Диклофенакът е много модерен, много го използват за мазила за различни травми. Това лекарствено вещество беше натоварено в полиелектролитни комплекси – на базата на природните полимери хитозан, който е много разпространен, и натриев алгинат, който се извлича от кафяви водорасли. Идеята на тези комплекси беше също да служат като лекарство-доставяща система за перорално приложение – т.е. хапчета, които да освобождават лекарственото вещество в частта от гастроинтестиналния тракт, която ние желаем. Например в стомаха има висока киселинност, докато в червата средата е по-неутрална.“