Впервые измерено высвобождение лекарства из наночастиц внутри живой клетки

Исследователи из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне впервые продемонстрировали возможность количественной оценки успешности доставки лекарств из наночастиц внутри живой клетки.

«Мы можем точно сказать, сколько лекарства высвободилось из носителя в заданный момент времени», — заявил Дипанджан Пан, доцент биоинженерии. «Насколько нам известно, это первый пример одноэтапного, простого метода синтеза углеродных наночастиц, пассивированных пролекарством. Этот результат важен и в конечном итоге может помочь повысить эффективность терапии и лучше понять механизмы проникновения наночастиц в клетку и высвобождения лекарства».

Хотя нанотехнологии — молодая область, их потенциал для диагностики и лечения заболеваний огромен. Однако для перехода к применению в медицине необходимо полностью понять механизмы внутриклеточного поглощения этих агентов в сложных биологических системах. Также крайне важно найти надежный способ отслеживать высвобождение лекарства, чтобы оценить успешность процесса.

Современные системы доставки сталкиваются с серьезными проблемами (например, необходимостью избегать иммунной системы). Поскольку эти носители встречают множество барьеров на пути к цели, преждевременное высвобождение лекарства часто приводит к неудачным результатам.

«Фундаментальное понимание базовых принципов транспорта частиц позволит добиться контроля над доставкой лекарств», — пояснил Пан. В этой работе команда задалась критическими вопросами: «Сколько лекарства высвобождается из наночастицы после ее попадания в клетку?», «Можно ли отследить этот процесс?», «Как количественно определить, сколько лекарства уже высвободилось, а сколько еще удерживается внутри частицы?».

Ранее исследователи могли изучать высвобождение лекарства только в пробирках, но количественная оценка в присутствии живой клетки была нетривиальной задачей.

«Пространственная и спектральная информация о наноносителе и его полезной нагрузке имеет решающее значение для развития люминесцентной визуализации, обнаружения заболеваний и лечения в сложной биологической среде», — сказал Сантош Мисра, первый автор статьи в Advanced Functional Materials. «Впервые мы показываем, что этого можно достичь с помощью гиперспектральной визуализации. Наши результаты показали, что мы можем точно картировать количество лекарства, высвободившегося из частицы в заданный момент времени. Мы также проливаем свет на механистический путь, по которому наночастица интернализуется раковой клеткой».

Группа Пана разработала три системы, включающие сферические, цвиттер-ионные (нейтральные молекулы с положительным и отрицательным зарядами) и стабилизированные фосфолипидами наночастицы в качестве модельной системы для доставки флуоресцентных и нефлуоресцентных лекарств. Концепция была продемонстрирована на примере одобренного FDA противоракового препарата и клеток рака молочной железы.

«Результаты показали, что наночастицы и терапевтические агенты можно одновременно картировать и измерять, без необходимости использования красителя, что открывает новые возможности для пространственно-временной характеристики и синхронного обнаружения и количественного определения как полезной нагрузки, так и носителя», — заключил Пан. «Я ожидаю, что наши результаты заставят биомедицинское сообщество пересмотреть уровень контроля, необходимый при работе с системами доставки лекарств, что в конечном итоге приведет к созданию гораздо более эффективных терапевтических подходов».