Наномагниты очищают кровь
Швейцарские ученые успешно удалили токсин из крови всего за несколько минут с помощью специально созданных наномагнитов. Метод выглядит перспективным и в будущем может помочь быстро и эффективно очищать кровь пациентов с сепсисом.
Наномагниты имеют диаметр всего 30 нанометров. Менее одного грамма таких частиц достаточно, чтобы за несколько часов очистить кровь всего человеческого организма от специфического токсина, что было продемонстрировано в первых in vitro испытаниях с человеческой кровью.
Специфичные магниты
В рамках докторской диссертации под руководством профессора ETH Венделина Старка, Инге Херрманн из Института химии и биоинженерии ETH Zurich в сотрудничестве с Университетской больницей Zurich оснастила микроскопические магниты так, чтобы они могли связывать болезнетворные вещества в крови.
Ученые протестировали свойства функционализированных магнитов на цельной человеческой крови. Из-за высокой вязкости крови относительно сильные магниты смешивали с кровью путем ее легкого покачивания. Менее чем за пять минут магниты почти полностью связали соответствующий токсин.
«Скорость, с которой молекулы связываются с магнитами, зависит от их константы связывания», — говорит Херрманн. «Чем выше константы, тем быстрее, например, антитело магнита связывается с антигеном».
После успешной процедуры ученые «выловили» магниты из крови с помощью постоянного магнита, закрепленного снаружи сосуда.
«Ловля» молекул разного размера
Беспористая, гладкая поверхность магнитов имеет два больших преимущества: высокую связывающую способность и хорошую доступность для веществ, которые должны быть связаны (лигандов). Это предотвращает медленную диффузию в порах, как в случае с традиционными методами.
Еще один важный аспект метода — возможность селективного удаления из крови загрязняющих веществ разного размера и веса, в то время как жизненно важные вещества схожего размера, такие как антитела иммунной системы или белки плазмы, остаются в крови.
Малые молекулы, которые в избытке могут вызывать заболевание (например, мочевина, калий или креатинин), традиционно удаляются из кровотока с помощью диализа, фильтрации или абсорбционных методов. Однако собственные болезнетворные вещества организма или введенные токсины иногда имеют слишком большие молекулы для их устранения такими методами, поскольку в противном случае будут потеряны и жизненно важные молекулы. До сих пор единственным решением был полный обмен плазмы крови.
Ученые убеждены, что внедрение очистки крови с помощью специфичных магнитов станет большим медицинским прорывом. Для Херрманн особенно интересно, что магниты могут связывать даже самые маленькие молекулы в пикомолярном диапазоне. Это особенно важно в случае белков, ответственных за воспалительные процессы.
Перспективный подход
В отличие от более раннего исследования, в котором использовалось примерно в 45 раз больше магнитов и которое приводило к разрушению эритроцитов, в данном случае ученые не обнаружили негативного влияния на физиологию крови. Ни эритроциты, ни свертываемость крови не пострадали.
Опасения, что магниты могут высвободить слишком много железа в кровь, необоснованны. Во-первых, они заключены в углеродную оболочку, а во-вторых, очень устойчивы к кислоте и температуре. И даже если, несмотря ни на что, более половины магнитов растворится в крови, количество высвобожденного железа будет меньше, чем то, которое вводят при дефиците железа.
Следующим этапом станет проверка, можно ли успешно применить процедуру к живому организму. Если да, то метод может стать идеальным дополнением к традиционному лечению при серьезных отравлениях, сепсисе, метаболических нарушениях и аутоиммунных заболеваниях.