Наночастицы целлюлозы с "волосками" эффективно удаляют химиотерапевтический препарат из крови

Стандартные химиотерапевтические препараты эффективно убивают раковые клетки, но также наносят значительный ущерб здоровым клеткам. Чтобы предотвратить это повреждение, исследователи из Университета Пенсильвании разработали новый класс наноматериалов, предназначенных для захвата химиотерапевтических препаратов до их взаимодействия со здоровой тканью.

Новый подход к удалению препаратов

"Для снижения побочных эффектов противораковых препаратов необходимо устранить их системную циркуляцию", — пояснил руководитель исследования Амир Шейхи. Существующие платформы для удаления нежелательных лекарств, в первую очередь доксорубицина (DOX), из крови недостаточно эффективны. Новая разработка захватывает DOX с эффективностью более чем на 3200% выше, чем другие платформы, например, на основе ДНК.

Метод, описанный в журнале Materials Today Chemistry, основан на волосатых нанокристаллах целлюлозы. Эти наночастицы получены из основного компонента клеточных стенок растений и сконструированы так, чтобы иметь огромное количество полимерных цепей ("волосков"), выступающих с каждого конца. Эти "волоски" значительно увеличивают потенциальную емкость захвата препарата по сравнению с обычными наночастицами и ионообменными смолами.

Потенциал для лечения

"Насколько нам известно, в настоящее время не существует наночастичной системы сверхемкостного захвата препаратов", — отметил Шейхи. Такая система может изменить подходы к лечению. Например, для некоторых органов, таких как печень, химиотерапию можно проводить локально через катетеры. Устройство на основе нанокристаллов, установленное для захвата избытка препарата, выходящего из крупного кровеносного сосуда (нижней полой вены), позволило бы применять более высокие дозы химиотерапии без риска повреждения здоровых клеток.

Создание и эффективность наночастиц

Для создания нанокристаллов исследователи химически обработали целлюлозные волокна из мягкой древесной массы и придали "волоскам" отрицательный заряд, что обеспечило их стабильность в ионном составе крови. Это исправляет недостаток обычных наночастиц, заряд которых может нейтрализоваться в крови.

Эффективность связывания тестировали в человеческой сыворотке (белковой части крови). На каждый грамм волосатых нанокристаллов целлюлозы было эффективно удалено более 6000 миллиграммов DOX из сыворотки.

"Волосатые нанокристаллы позволили нам улучшить показатель как минимум на два-три порядка величины по сравнению с другими доступными платформами", — заявил Шейхи.

Исследования также показали, что нанокристаллы не оказывают вредного воздействия на эритроциты в цельной крови или на рост клеток эндотелия пупочной вены человека.

Широкие перспективы

"Мы предполагаем, что эти эффективные, нетоксичные наночастицы могут стать основой для устройств следующего поколения для захвата избытка лекарств и удаления нежелательных молекул из организма, таких как психоделики и токсины", — сказал Шейхи.

Применение волосатых нанокристаллов целлюлозы выходит за рамки медицины. Команда также создала нанокристаллы, способные избирательно связываться с неодимом для извлечения ценного материала из электронных отходов.