Исследование механизма выведения наноматериалов печенью

Основная проблема для целевой терапии — предотвратить накопление наноматериалов в печени или селезёнке. Печень и селезёнка входят в мононуклеарную фагоцитарную систему (МФС), которая фильтрует токсины из кровотока, но при этом также мешает нанотерапиям достичь цели.

Чтобы преодолеть это препятствие, группа исследователей из нескольких учреждений Торонто провела исследования на уровне целого органа и суборганном уровне с использованием компьютерного моделирования, экспериментов in vitro и in vivo на квантовых точках, золотых и кремниевых наночастицах. Они выяснили, что скорость кровотока, клеточный фенотип и физическое положение в печени играют роль в захвате наночастиц. Авторы предполагают, что будущие работы должны включать не только дизайн наночастиц, но и некоторую "предварительную подготовку" печени. Работа опубликована в Nature Materials.

На уровне целого органа было обнаружено, что квантовые точки сначала захватываются клетками возле портальной триады, и существует градиент очистки вдоль печёночного синусоида при первом прохождении крови (от портальной триады к центральной вене). Это также наблюдалось для золотых наночастиц независимо от поверхностной функционализации, хотя адсорбция белков, по-видимому, влияла на захват.

Роль скорости кровотока: В печени скорость кровотока резко падает (с 10-100 см·с^-1 до 200-800 мкм·с^-1). Математическая модель показала, что в печени доминирующим влиянием становится диффузия (в отличие от адвекции в организме в целом). Вероятность секвестрации наноматериалов печенью оказалась в 10²–10³ раз выше, причём размер частиц имел значение: чем больше частица, тем выше вероятность поглощения.

На суборганном уровне исследования показали, что наибольший объём квантовых точек адсорбировали клетки Купфера, как и ожидалось. Неожиданной оказалась значительная роль B-клеток во внутреннем захвате частиц. Другие типы клеток, включая эндотелиальные, также участвовали в удалении наночастиц.

Влияние архитектуры органа было проверено на селезёнке. Почти все наночастицы, задержанные селезёнкой, находились в области красной пульпы, где скорость кровотока снижена. При этом макрофаги селезёнки захватывали меньше наночастиц, чем клетки Купфера в печени, что подтвердило важность архитектуры органа и типа клеток.

Исследование показывает, что для преодоления захвата наночастиц МФС необходимо учитывать не только дизайн частиц, но и внутреннюю среду организма. В качестве дополнительной стратегии к оптимизации наночастиц авторы предлагают манипулировать средой хозяина, например, изменяя скорость кровотока через печень или фенотип определённых клеток, чтобы снизить их склонность к захвату наноматериалов.