Разработаны наносетевые системы доставки лекарств для точного лечения воспаления лёгких

Понимание того, как системы доставки лекарств распределяются in vivo, остаётся серьёзной проблемой в разработке наномедицин. Особенно в лёгких сложная и динамичная микросреда часто ограничивает эффективность существующих подходов.

В качестве новой стратегии была предложена «структурная фармацевтика», которая связывает структуры наночастиц с физиологическими структурами с помощью продвинутой трёхмерной (3D) визуализации и межмасштабной характеризации.

В исследовании, опубликованном в ACS Nano, команда под руководством Инь Сяньчжэня из Лингангской лаборатории и Чжан Цзивэня из Шанхайского института Materia Medica Китайской академии наук разработала стратегию точного нацеливания на трахеальное воспаление.

Стратегия использует системы доставки на основе наносетей, состоящие из сетчатых сшитых циклодекстринов (GCC), и позволяет проводить многомасштабную 3D-визуализацию и углублённую фармакодинамическую оценку с помощью систем микрооптической послойной томографии (MOST) и флуоресцентной MOST (fMOST).

Исследователи создали носитель GCC из сшитых циклодекстринов со способностью эффективно улавливать активные формы кислорода. Они пометили наносеть родамином 110 и проследили её путь после инъекции в хвостовую вену мышей, используя отслеживание одиночных частиц и 3D-визуализацию всего лёгкого.

Неожиданно наносеть показала значительное накопление вдоль внешней стенки трахеи — особенность, редко наблюдаемая у обычных наночастиц.

При загрузке дексаметазоном (DEX), широко используемым кортикостероидом, система GCC не только продлила удержание препарата in vivo, но и показала контролируемый профиль высвобождения.

Формула также продемонстрировала сильные противовоспалительные эффекты в мышиной модели бронхита, индуцированного липополисахаридом. Мыши, получавшие DEX@GCC, быстрее восстанавливали массу тела, демонстрировали улучшенную функцию лёгких и показали значительное снижение воспалительных маркеров в бронхоальвеолярной лаважной жидкости по сравнению с группами, получавшими свободный DEX (в более высокой дозе), или модельными группами.

Для визуализации этих терапевтических результатов исследователи разработали 3D-патологический атлас всего лёгкого. Комбинируя флуоресцентную визуализацию и распознавание клеток с помощью машинного обучения, они реконструировали пространственные карты воспаления и количественно оценили структурные изменения, такие как утолщение стенки трахеи.

Виртуальная эндоскопическая визуализация позволила им «увидеть» внутреннюю часть поражённых трахей и количественно оценить эффекты неинвазивным, но детальным способом. Эти методы помогли подтвердить структурное восстановление и противовоспалительную эффективность DEX@GCC как на тканевом, так и на клеточном уровнях.

Это исследование предлагает новую основу для понимания поведения нанопрепаратов в сложных биологических средах путём интеграции концепции «структурной фармацевтики» с 3D-картированием на уровне органа.

3D-патология выявляет пространственно-временные паттерны прогрессирующих поражений для поддержки фенотипического скрининга, открытия мишеней и разработки вмешательств.