Изменение формы и упругости помогает микрокапсулам с лекарством достигать опухолей
Исследовательница из Университета Алабамы в Бирмингеме Евгения Харлампиева создаёт полимерные микрокапсулы для доставки противораковых препаратов к опухоли. Она разрабатывает «умные» частицы, обеспечивающие контролируемую доставку лекарств, и обнаружила, что изменения формы или упругости этих носителей сильно влияют на их способность преодолевать барьеры на пути от инъекции в вену до поглощения раковой клеткой.
В недавней работе сравнивались четыре типа микрокапсул: жёсткие кубы или сферы и упругие кубы или сферы — по трём ключевым параметрам:
- Избегание поглощения макрофагами — иммунными клетками, защищающими организм от патогенов.
- Способность протискиваться через крошечные отверстия в стенках сосудов опухоли.
- Поглощение опухолевыми клетками для доставки химиотерапевтического груза.
Результаты экспериментов in vitro
Против макрофагов: Упругие сферы и кубы значительно лучше избегали поглощения по сравнению с твёрдыми. Это означает меньший вред здоровым иммунным клеткам и большее время циркуляции в кровотоке.
«Мы хотим, чтобы они держались подальше от макрофагов... Мы обнаружили, что полые частицы намного более упругие, и макрофаги их не поглощают, что фантастически», — говорит Харлампиева.
Прохождение через поры: Упругие микрокапсулы (размером 2 микрометра) снова показали лучший результат. Они могли сжиматься и проходить через отверстия в 2–3 раза меньше их диаметра (300 нм – 1,2 мкм), а затем восстанавливать форму.
Поглощение клетками рака груди: Кубы (как твёрдые, так и упругие) показали большее поглощение, возможно, из-за большей площади контакта плоских стенок с клеткой.
Общий вывод: «Наши данные показывают, что упругие кубические капсулы обладают важными биологическими характеристиками, что может оправдать их дальнейшую разработку для терапии рака».
Следующий шаг — тестирование на мышах, чтобы увидеть, как форма и упругость влияют на судьбу микрокапсул в кровотоке.
Технические детали
Микрокапсулы создаются методом послойной сборки (layer-by-layer):
- Берут твёрдую основу: сферу из диоксида кремния (SiO2) или кубический кристалл карбоната марганца (MnCO3).
- Наносят 5 бислоёв полимеров: таниновой кислоты и поли(N-винилпирролидона).
- Для твёрдых капсул основу оставляют. Для упругих — растворяют кислотой или хелатирующим агентом.
Полученные микрокапсулы:
- Водорастворимы, нетоксичны и биодеградируемы.
- Толщина полимерных стенок — всего 50 нанометров.
- Их упругость измеряется атомно-силовым микроскопом.
- Размер настолько мал, что в 1 дюйме (2,54 см) поместилось бы 12 700 таких частиц.
Исследование опубликовано в журнале Advanced Healthcare Materials.