Полимерные везикулы-"матрешки" имитируют структуру клетки
Основные проблемы наномедицины — контроль синтеза сверхмалых векторов с одним или несколькими активными агентами и их высвобождение в нужном месте и в нужное время в контролируемых формах и дозах. Исследователи из Лаборатории органической полимерной химии (Институт Политехник Бордо, Франция) недавно инкапсулировали нановезикулы внутри чуть более крупных везикул. Эта структура «русской матрешки» имитирует организацию клеточных компартментов. Её воспроизведение — первый важный шаг к запуску контролируемых реакций внутри структуры клетки. Работа открывает новые возможности в области множественной инкапсуляции, компартментализованных реакторов и администрирования векторов новыми путями (например, перорально). Результаты опубликованы 27 января 2012 года в Angewandte Chemie International Edition.
Основными нановекторами для доставки лекарств, изученными к настоящему времени, являются липидные везикулы или «липосомы». Их аналоги на основе полимеров, известные как «полимеросомы», были открыты около 10 лет назад. Они имеют несколько преимуществ перед липосомами: более стабильны и непроницаемы, их легче «функционализировать» и «модулировать» (например, можно синтезировать термочувствительные полимеры или полимеры, распознающие определенные типы клеток, в частности опухолевые). За последние 10 лет команда под руководством Себастьена Лекомманду разрабатывала «интеллектуальные» полимеросомы из полипептидов, свойства и структура которых аналогичны вирусам.
Исследователи пошли дальше в биомимикрии, инкапсулируя полимеросомы друг в друге. Эта компартментализация имитирует структуру клеток, которые сами состоят из компартментов (малых внутренних органелл, где ежедневно происходят тысячи взаимодействий и реакций) и вязкоупругой цитоплазмы, обеспечивающей клетке механическую стабильность. Однако контролируемое формирование таких инкапсулированных полимеросом — непростая задача.
Ученым удалось это сделать с помощью нового метода эмульсии/центрифугирования, который был быстрым, простым, требовал мало реагентов и оказался высокоэффективным. Команда использовала визуализацию с флуоресцентными маркерами, чтобы продемонстрировать формирование структур, в которых полимеросомы были инкапсулированы друг в друге. Контроль над этой компартментализацией позволяет рассматривать инкапсуляцию нескольких соединений (внутри множества внутренних полимеросом) в одном векторе. Это и продемонстрировали исследователи: они инкапсулировали две разные популяции внутренних полимеросом внутри одной более крупной полимеросомы. Результаты показывают, что в вектор можно включить гораздо большее количество различных везикул. Это очень перспективно для комбинированной векторной доставки, например, в онкологии, где возможность доставки разных активных ингредиентов (некоторые из которых могут быть несовместимы) через один вектор была бы большим преимуществом.
Эти новые структуры также могут использоваться как компартментализованные реакторы в катализе или для биомедицинских применений. Исследователи инкапсулировали три разные флуоресцентные молекулы (используемые как «модельные молекулы активного ингредиента») в трех компартментах этих структур: внешней мембране полимеросомы, водной полости внешней полимеросомы и мембране внутренней полимеросомы. Таким образом, теперь возможно инкапсулировать разные реагенты в различных компартментах полимеросом или запускать в них разные каскадные реакции по желанию.
Помимо улучшенной защиты инкапсулированных активных ингредиентов, этот подход к упаковке также облегчает контроль и позволяет более точно модулировать проницаемость везикул. Исследователи смоделировали это в эксперименте по высвобождению in vitro противоопухолевого агента доксорубицина (DOX), включенного во внутренние инкапсулированные полимеросомы. DOX высвобождался примерно в два раза быстрее из классических нанополимеросом, чем из полимеросом, инкапсулированных внутри более крупной внешней полимеросомы.
Исследователи первыми добились такого типа множественной контролируемой инкапсуляции в компартментализованных везикулах, особенно полимерных, которые также имитируют цитоскелет, воспроизводя структуру клетки в целом. Следующим шагом будет использование этой системы для запуска контролируемых химических реакций в аттолитровых объемах (10-18 литров) в ограниченной среде.