Ионно-парный «стелс-щит» скрывает наночастицы от защитных систем организма
Японский Инновационный центр наномедицины сообщает о новом «стелс-покрытии» для крошечных частиц, доставляющих лекарства, которое не зависит от традиционных экранов в стиле PEG. Связывая положительные и отрицательные заряды в плотную сеть, покрытие предотвращает накопление белков и захват иммунными клетками, позволяя частицам оставаться в крови более 100 часов. Частицы, несущие фермент аспарагиназу, действуют как микрореакторы, истощая запасы аспарагина для «голодания» трудноизлечимых раковых опухолей.
В исследовании «Steric stabilization-independent stealth cloak enables nanoreactors-mediated starvation therapy against refractory cancer», опубликованном в Nature Biomedical Engineering, ученые создали мицеллы и везикулы полиионных комплексов с регулируемыми сшивками, чтобы проверить, может ли стабилизированная ионно-парная сеть снизить адсорбцию белков и захват макрофагами, обеспечивая длительную циркуляцию нанореакторов с аспарагиназой для терапии истощением аспарагина у мышей.
Создание «невидимости»
Исследователи собрали мицеллы (30 нм) и везикулы (100 нм) полиионных комплексов, смешав поликатионы и полианионы в эквимолярном соотношении зарядов. Затем они ввели ковалентные сшивки с помощью карбодиимидного соединения, стабилизирующего заряженную полимерную сеть. Стабильность в условиях высокой солености сохранялась при умеренной степени сшивки, форма частиц не менялась.
Пороги «невидимости» и результаты
Резкое снижение адсорбции белков и захвата макрофагами наблюдалось после превышения определенных порогов сшивки: 39,5% для мицелл и 30,3% для везикул. Везикулы со сшивкой 32,6% и без PEG показали минимальное связывание белков и оставались «невидимыми» для макрофагов. Период полувыведения из крови вырос с минут до длительных значений после превышения порогов, достигнув 121,5 ч для мицелл при 39,5% и 97,2 ч для везикул при 30,3%.
Флуоресцентная корреляционная спектроскопия показала, что время диффузии в 100% сыворотке после сшивки совпадает с буферным, что указывает на слабую адсорбцию белков. Изотермическая титрационная калориметрия не зафиксировала детектируемого тепла для образцов, что также согласуется с минимальным связыванием белков.
Взаимодействие in vivo и клиренс
Прижизненная визуализация печени показала быструю адгезию слабосшитых частиц к синусоидальным стенкам и активный захват макрофагами (CD45+ F4/80+). Долгоциркулирующие частицы оставались в просвете синусоидов, не прилипая, и медленно накапливались в печени. Тридцатинанометровые мицеллы проходили через фенестрированный эндотелий и двигались к гепатобилиарной экскреции, в то время как 100-нм везикулы медленно захватывались макрофагами.
Эффекты противоопухолевой терапии
Везикулы, нагруженные аспарагиназой, сохраняли длительную циркуляцию и вызывали устойчивое истощение аспарагина в плазме и опухолях. Введение дозы привело к снижению уровня аспарагина более чем на 50% через 4 ч и примерно на 80% через 96 ч в плазме; снижение также наблюдалось внутри опухолей.
В моделях метастатического рака молочной железы режим с нанореакторами привел к снижению веса первичной опухоли и уменьшению количества легочных узелков по сравнению со свободным ферментом. В случае опухолей поджелудочной железы лечение нанореакторами привело к снижению отложения коллагена I и уменьшению числа αSMA-положительных фибробластов, а также к лучшему проникновению иммунотерапии анти-PD-1 в ткань опухоли и повышению ее эффективности в комбинации с анти-PD-1.
Вкратце
Кооперативная ионно-парная сетевая оболочка может обеспечить «стелс-эффект» без использования обычного PEG-покрытия. Это открывает путь к созданию стабильных и менее «липких» материалов, помогая частицам дольше циркулировать, избегая обнаружения и атак иммунной системы.
У мышей нагруженные ферментом «стелс-везикулы» оставались активными в организме и лишали опухоли аспарагина, ослабляя их рост. Лечение также размягчало плотную ткань вокруг опухолей поджелудочной железы и повышало эффективность иммунопрепаратов, таких как анти-PD-1.
Наблюдения также указывают на порог размера для прохождения через эндотелий печени (30 нм против 100 нм) и предлагают неожиданный механизм, объясняющий, почему некоторые PEG-покрытые наночастицы могут долго оставаться в крови.