Эффективность подхода подтверждена in vitro, сообщили в пресс-службе СО РАН.
«Сами магнитные наночастицы мы получили простым и дешевым методом: осаждением из раствора. С ним может справиться даже школьник. Для такой работы практически ничего не нужно, кроме плитки, мешалки и растворов двух солей. Кроме того, здесь не используются токсичные реагенты, что важно для применения в биомедицине», — рассказала заведующая лабораторией биомедицинской химии ИХБФМ СО РАН Елена Дмитриенко.
Магнитные частицы склонны к агрегации в жидкостях: они слипаются друг с другом в более крупные образования разных форм и объемов. Однако наночастицы для биомедицины должны обладать рядом критериев: быть определенного размера (до 200 нанометров), обладать монодисперсностью (то есть такого размера должны быть все частицы в растворе) и биосовместимостью, а также оставаться стабильными в физиологических условиях.
«Жирные кислоты оказались хороши не только тем, что обволакивают частицы и мешают им слипаться, у них также есть кислотная группа с отрицательным зарядом, которая обеспечивает дополнительное отталкивание частиц друг от друга в жидкости», — объяснила Елена Дмитриенко.
В качестве контрастного препарата частицы сравнивали по показателям с широко применяемым сейчас препаратом «Гадовист». Они показали сходную с ним эффективность, а также меньшую токсичность для клеток с учетом концентрации, необходимой для проведения МРТ.
«Жирные кислоты также были хороши для другой нашей задачи: мы хотели в перспективе загружать частицы противораковым препаратом доксорубицином, чтобы затем они постепенно высвобождали его в опухоли, то есть использовались бы как доставка лекарства и депо для него», — отметила Елена Дмитриенко.
Доксорубицин известен и применяется давно для разных видов опухолей, однако, как и другие виды химиотерапии, он токсичен, а кроме того, достаточно быстро выводится из организма. Доставка с помощью магнитных частиц позволит сократить дозу препарата и обеспечить постепенное его высвобождение.
Магнитные свойства частиц также позволяют концентрировать их в опухоли с помощью постоянного магнитного поля, а воздействие переменного магнитного поля способно разогревать ткани, вызывая локальный перегрев с последующей гибелью раковых клеток. Метод подходит для опухолей, локализованных там, где возможна такая манипуляция, однако их потенциальный список достаточно широк: например, колоректальный рак, меланома, рак прямой кишки, рак шейки матки, рак простаты и другие.
При этом наночастицы могут использовать для попадания в опухоль так называемый пассивный транспорт.
«Из-за того, что опухоль очень быстро наращивает вокруг себя кровеносные сосуды, они получаются дефектные, то есть в них существуют просветы и полости, которых в обычных сосудах нет. Наночастицы же хорошо проникают в эти дефекты», — добавила Елена Дмитриенко.
Еще один аспект, который интересовал исследователей, — взаимодействие магнитных наночастиц с другими белками и компонентами крови. Здесь могут быть как негативные последствия (если, например, белок приведет к агрегации частиц в кровотоке, что вызовет закупорку сосудов), так и позитивные, если белок сможет доставлять частицы к опухоли или маскировать их.
«Мы изучили взаимодействие с альбумином, транспортным белком-переносчиком жирных кислот, и это, кстати, еще одна причина, почему мы выбрали именно их: чтобы покрыть наночастицы, жирные кислоты должны были приманивать альбумин. У него есть большие гидрофобные “карманы”, в которые он загружает всё, что ему необходимо, и несет к месту требования. Опухоль, в свою очередь, активно накапливает альбумин как питательное вещество, соответственно, если он принесет в “кармане” доксорубицин, то она и его накопит», — пояснила Елена Дмитриенко.
Таким образом, специалисты синтезировали наночастицы и придумали для них покрытие, которое стабилизировало их от агрегации, защищало от высвобождения свободных ионов железа (приводящих к формированию активного кислорода), при этом обеспечило эффективное прикрепление к противораковому препарату и белку крови альбумину для более эффективной транспортировки всей конструкции к опухоли.
Проведенная работа — часть цикла исследований наночастиц, в котором ученые рассматривали синтез наночастиц для доставки терапевтических агентов (в частности, олигонуклеотидов), синтез магнитных наночастиц с повышенной емкостью для того, чтобы улавливать в пробах нуклеиновые кислоты, стабилизацию поверхности магнитных частиц для доставки противораковых препаратов на примере доксорубицина и ряд других задач. Доклад о работах с наночастицами представили на конференции «Современные вызовы молекулярной биологии».
Исследование поддержано в рамках государственного задания ИХБФМ СО РАН № 125012300656-5. Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в Десятилетие науки и технологий. Статья об этом исследовании опубликована в журнале Magnetochemistry.
