Микрокапсулы для доставки лекарств с цирконием-89 можно отслеживать с помощью ПЭТ-визуализации

Исследователи из Университета Алабамы в Бирмингеме (UAB) сообщают о разработке, которая, по их словам, «может представлять собой крупный шаг вперед в системах доставки лекарств на основе микрокапсул».

Микрокапсулы UAB, меченные радиоактивным цирконием-89 (⁸⁹Zr), являются первым примером полых полимерных капсул, способных к долгосрочной, многодневной позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) in vivo. Ранее исследователи UAB показали, что полые капсулы можно заполнить мощной дозой противоопухолевого препарата доксорубицина, который затем можно высвободить с помощью терапевтического ультразвука, разрывающего микрокапсулы.

ПЭТ-визуализация с цирконием-89 (период полураспада 3,3 дня) позволила отслеживать капсулы у подопытных мышей до семи дней. Ключевым достижением в текущем исследовании стало ковалентное включение хелатора циркония — дефероксамина (DFO) — в слои микрокапсул. Это повысило прочность связывания позитронного эмиттера циркония-89 со стенкой микрокапсулы.

«Созданные системы представляют собой пример переднего тераностического агента с возможностью сочетать контролируемую доставку лекарств со стабильными возможностями ПЭТ-визуализации», — заявили соавторы исследования Эвгения Харлампьева и Сюзанна Лапи. — «Мы считаем, что эта система также закладывает основу для универсального носителя доставки лекарств, который можно комбинировать с передовыми таргетными методами лечения, такими как персонализированная генная терапия».

Эта система доставки лекарств — после модификации поверхности для повышения таргетных свойств — может предложить неинвазивную альтернативу хирургии рака или системной химиотерапии для солидных опухолей. Термин «тераностика» относится к наночастицам или микрокапсулам, которые могут одновременно служить агентами для диагностической визуализации и носителями для терапевтической доставки лекарств.

Исследователи предполагают, что относительная редкость частиц, функционализированных цирконием-89, может быть связана как с малым числом лабораторий, способных работать с этим изотопом, так и со сложностями его стабильного включения в полимерный носитель лекарств.

Конструкция и свойства капсул:

  • Капсулы созданы по технологии послойной сборки из биосовместимых полимеров: танина (TA) и поли(N-винилпирролидона) (PVPON).
  • Хелатор DFO был ковалентно связан с PVPON. Капсулы состояли из чередующихся слоев TA и PVPON-DFO (6 или 12 би-слоев).
  • Капсулы с шестью би-слоями (TA/PVPON-DFO) удерживали в среднем на 17% больше циркония-89, чем их аналоги без DFO (TA/PVPON), что подтверждает стабильное хелатирование.
  • ПЭТ-визуализация in vivo у мышей показала отличную стабильность и контрастность изображения, сохранявшуюся через семь дней после инъекции.
  • Капсулы накапливались в основном в селезенке, печени и легких, с незначительным накоплением в бедренной кости. Отсутствие накопления в кости подтвердило стабильное связывание радиоиндикатора с капсулой.
  • Воздействие терапевтическим ультразвуком на капсулы, функционализированные цирконием, высвобождало доксорубицин в терапевтических количествах.

Таким образом, микрокапсулы преодолевают три ограничения, характерные для большинства современных ПЭТ-направляемых тераностических агентов:

  1. Плохое удержание радиометалла с течением времени.
  2. Низкая лекарственная нагрузка.
  3. Ограниченная по времени возможность ПЭТ-визуализации.

Исследование «Multilayer microcapsules with shell-chelated ⁸⁹Zr for PET imaging and controlled delivery» опубликовано в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.