Наночастицы и «pH-форез» могут улучшить доставку противораковых препаратов
Исследователи разработали концепцию для потенциального улучшения доставки лекарств для лечения рака с использованием наночастиц, которые концентрируются и расширяются в присутствии более высокой кислотности, характерной для опухолевых клеток.
Концепция предполагает использование наночастиц из «слабых полиоснований» — соединений, которые расширяются при попадании в среду, имитирующую опухолевые клетки с более высокой кислотностью, чем окружающие ткани. Моделирование показало, как частицы будут накапливаться в областях с повышенной кислотностью и оставаться там достаточно долго для доставки препаратов.
«Это явление, которое мы называем pH-форезом, может предоставить полезный механизм для улучшения доставки лекарств к раковым клеткам в тканях солидных опухолей», — говорит Ю-Еон Вон, доцент химической инженерии Университета Пердью.
Концепция основана на использовании синтетических полимерных мицелл — крошечных сфер для доставки лекарств. Они содержат препараты во внутреннем ядре, а их внешняя оболочка сделана из материала, который резко расширяется при изменении pH с щелочного на кислый.
Удвоение размера может привести к аналогичному увеличению эффективности доставки лекарств в опухоли.
«Такой эффект стал бы переломным, доставляя правильную дозу противораковых препаратов внутрь опухолевых клеток», — отмечает Вон.
Ключевые параметры:
- Солидные опухоли имеют значительно более низкий внеклеточный pH — около 6.5–6.9.
- Нормальная ткань имеет средний pH 7.4.
- Наибольшее набухание мицелл в опухолях должно происходить при pH около 7.0 ± 0.5 для оптимальной доставки.
Механизм действия:
Мицеллы содержат слабые полиоснования с молекулами аминов (содержат азот и водород). При снижении pH происходит протонирование — добавление протонов к атомам азота в аминах. Поскольку протоны положительно заряжены, одноименно заряженные амины отталкиваются друг от друга, заставляя наночастицы расширяться. Этот положительный заряд также замедляет выход мицелл из опухолевой ткани, способствуя их накоплению.
Для описания процесса исследователям пришлось модифицировать знаменитое первое уравнение диффузии Фика (1855 г.).
Мицеллы также покрыты защитным слоем, чтобы оставаться целыми до достижения опухоли, где они расширяются, а затем биодеградируют.
Концепция pH-фореза описана в исследовании, которое будет опубликовано в Journal of Controlled Release 15 июля (онлайн-версия появилась 19 июня). Авторы — Ю-Еон Вон и аспирант Хоянг Ли.