Новое семейство наночастиц на основе золота может стать биомедицинским "тестовым стендом"

Золотые наночастицы становятся золотым стандартом для наночастиц медицинского назначения. Исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) и Лаборатории характеризации нанотехнологий Национального института рака (NCL) предлагают создать своего рода "тестовый стенд" для изучения поведения наночастиц в биологических системах, а также парадигму для характеризации наноформуляций.

Перспективные применения золотых наночастиц включают системы доставки лекарств высокой точности и усилители диагностических изображений. Золото нетоксично, и из него можно создавать частицы различных размеров и форм. Само по себе золото биологически малоактивно, но его можно "функционализировать", присоединяя, например, белковые препараты вместе с таргетными молекулами, которые предпочтительно накапливаются вокруг раковых клеток. Частицы также обычно покрывают оболочкой, чтобы предотвратить их слипание и быстрое выведение иммунной системой организма.

Состав, плотность и стабильность покрытия оказывают глубокое влияние на безопасность наноматериала, биосовместимость (распределение наночастиц в организме) и эффективность системы доставки. "Понимание этих параметров путем тщательной характеризации позволит научному сообществу проектировать и разрабатывать более совершенные наноматериалы", — отмечают исследователи.

Для облегчения таких исследований команда NIST/NCL создала тестовый стенд — однородные, контролируемые наночастицы типа "ядро-оболочка", которые можно изготавливать на заказ с точной формой и размером, и к которым можно присоединять практически любую потенциально полезную функциональность. Это позволит изучать, как контролируемые вариации ведут себя в биологической системе.

Их пробная система основана на регулярных разветвленных молекулах — дендронах (от греческого "дерево"). Химия дендронов довольно нова, она зародилась в 1980-х годах. Они отлично подходят для этого применения, потому что отдельные дендроны всегда имеют одинаковый размер (в отличие от полимеров), и их можно легко модифицировать для переноса полезных молекул. При этом конец структуры — "ствол дерева" — предназначен для легкого связывания с поверхностью золотой наночастицы.

Команда провела исчерпывающий набор измерений, чтобы полностью описать свои наночастицы с дендронным покрытием. "Существует не так много протоколов для характеризации этих материалов — их физических и химических свойств, стабильности и т.д. Поэтому одним из результатов проекта стал базовый набор измерительных протоколов, которые мы можем применять к любому типу наночастиц на основе золота", — говорит Винс Хэкли.

Любая отдельная методика измерения, вероятно, недостаточна для описания партии наночастиц, поскольку она может быть нечувствительна к некоторым диапазонам размеров или искажена другими факторами — особенно если частицы находятся в биологической жидкости.

Новая работа NIST/NCL дает начало каталогу методов анализа для получения детальной информации о наночастицах. Эти методы включают:

• спектроскопию ядерного магнитного резонанса (NMR),
• матрично-активированную лазерную десорбцию/ионизационную масс-спектрометрию (MALDI-MS),
• динамическое светорассеяние (DLS),
• УФ/видимую спектроскопию,
• рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию (XPS).

Наночастицы с дендронным покрытием также были протестированы на стабильность в "биологически релевантных" условиях температуры, кислотности и некоторых признанных форм химического воздействия, которые происходят в кровотоке. In vitro биологические тесты ожидаются.