Раскрытие науки об ультразвуковой десорбции микропузырьков

Системы доставки лекарств (DDS) — это инновационное решение для таргетной доставки препаратов к специфическим клеткам и минимизации побочных эффектов. Одна из стратегий, набирающая популярность, сочетает микропузырьки и ультразвук.

Микропузырьки — это небольшие газонаполненные пузырьки, на поверхность которых можно загружать лекарства. Под действием ультразвуковых волн они начинают осциллировать, и возникающие вибрации постепенно высвобождают адсорбированный препарат в месте облучения. Однако количественные эксперименты по десорбции молекул с микропузырьков под ультразвуком были редки.

В исследовании, опубликованном 22 августа 2023 года в журнале Scientific Reports, команда под руководством профессора Дайсуке Коямы и аспирантки Рейны Кобаяси из Университета Дошиша, Япония, решила восполнить этот пробел. В работе также участвовала доктор Мари Пьер Краффт из Института Шарля Садрона (CNRS), Франция.

Предложенный метод основан на измерении с помощью высокоскоростной видеокамеры краевого угла отдельных пузырьков, помещенных на стеклянную пластину. Краевой угол тесно связан с поверхностным натяжением пузырька, которое, в свою очередь, зависит от количества поверхностно-активного вещества (молекул лекарства) на его поверхности. Таким образом, наблюдая за изменением краевого угла под ультразвуком, можно оценить количество десорбированных молекул.

Экспериментальная установка объединяла высокоскоростную камеру с микроскопом дальнего действия, ультразвуковую ячейку с жидкостью, тонкую стеклянную пластину и лазерный доплеровский виброметр (LDV) с CCD-камерой. Исследователи помещали на пластину микропузырьки из обогащенного фторуглеродом газа и липида 1,2-димиристоил-sn-глицеро-3-фосфохолина (DMPC). Камера фиксировала краевой угол в реальном времени, а LDV и CCD-камера — амплитуду колебаний и радиус пузырька.

Эксперименты с разным размером пузырьков и концентрацией DMPC выявили важные закономерности:

• Микропузырьки в резонансных условиях очень быстро высвобождают в окружающую среду значительные количества (>50%) адсорбированных молекул.
• Ультразвуковая десорбция — чрезвычайно быстрый процесс, который начинается почти мгновенно с началом облучения и так же быстро прекращается.
• Количество десорбированных молекул зависит от размера пузырька, что указывает на важность вибрационных характеристик микропузырьков в DDS для контроля высвобождения лекарства.

Этот метод может стать ключевым при разработке DDS на основе ультразвука и микропузырьков. «Количества лекарства, высвобождаемого в кровеносные сосуды пациентов, можно оценить с помощью нашего метода, а значит, можно точно предсказать оптимальное количество микропузырьков, несущих препарат, для сосудистой терапии», — поясняет профессор Кояма. Это позволит минимизировать побочные эффекты.

В дальнейшем команда планирует изучить связь между частотой ультразвука, амплитудой звукового давления и количеством молекулярной десорбции для управления высвобождением лекарств.