Визуализация внутриклеточного пространства с помощью полимерных наночастиц
Наночастицы — это частицы размером менее 100 нанометров. Обычно их получают из металлов, и благодаря крошечному размеру они обладают уникальными свойствами, полезными для биомедицинских применений. Однако без обработки для придания их поверхности биологической инертности их эффективность сильно ограничена.
Исследователи под руководством Казухико Исихары из Токийского университета стали пионерами в использовании MPC-полимеров для модификации поверхности наночастиц. В недавней статье в журнале Science and Technology of Advanced Materials они рассмотрели современные способы использования полимерных наночастиц для доставки в клетки квантовых точек — типа малых наночастиц.
MPC-полимеры и их роль
MPC-полимеры — это большие молекулы из цепей 2-метакрилоилоксиэтилфосфорилхолина (MPC). Биоактивные наночастицы с модифицированной ими поверхностью можно использовать как противоопухолевые соединения, переносчики генов, контрастные агенты для улучшения МРТ-изображений и детекторы белков. Эти полимеры имитируют клеточные мембраны и позволяют доставлять биоактивные молекулы, которые обычно плохо растворимы в воде или могут вызывать нежелательные побочные эффекты.
Создание стабильных флуоресцентных наночастиц
Группа Исихары применила этот процесс к квантовым точкам, создав наночастицы, превосходящие традиционные органические флуоресцентные красители в биомедицинской визуализации. Используя простую технику испарения растворителя, они изготовили полимерные наночастицы с ядром из квантовых точек в матрице полимера PLA (поли-L-молочной кислоты), окруженным слоем производного MPC-полимера PMBN.
Эти частицы:
- Сохраняли стабильный уровень флуоресценции в растворе после хранения более шести месяцев при 4 °C.
- Функционировали в средах с разной кислотностью.
- Не теряли флуоресценции при повторном облучении, в отличие от органических красителей.
Доставка в клетки и внутриклеточное поведение
Для доставки в клетки команда закрепила на поверхности частиц PMBN/PLA/квантовые точки различные молекулы. Анализ показал, что при присоединении клеточно-проникающего пептида R8 (октапептида из восьми аминокислот аргинина) наночастицы:
- Поглощались клетками в течение пяти часов.
- Не оказывали токсического или воспалительного действия на клетки даже через три дня.
Дальнейшие тесты показали, что клетки с полимерными наночастицами нормально пролиферировали, а наночастицы равномерно распределялись по дочерним клеткам при делении. Флуоресцентный сигнал не ослабевал даже после 30 часов пролиферации.
Заключение
Казухико Исихара отмечает: «Это был первый отчет, показывающий долгосрочное удержание наночастиц в клетках. Приготовление биоактивных наночастиц с MPC-полимерами можно использовать для создания внутриклеточных наноустройств, взаимодействие которых с клетками можно полностью контролировать».