В качестве контейнеров часто используются микро- и наногели. Они представляют собой трёхмерные полимерные сетки — макромолекулы с характерными размерами от десятков нанометров до нескольких микрометров. Эти материалы интересны тем, что они проницаемы, то есть, с одной стороны, они могут удерживать препарат внутри себя и, с другой, высвобождать при изменении внешних условий. Например, известно, что уровень pH среды раковых клеток отличается от уровня здоровых клеток, и, следовательно, можно создать сетку на основе полимера, способного реагировать на кислотность среды.
Уже хорошо изучено, как на накопление лекарства в опухоли влияют форма, размер, поверхностный заряд, гидрофильность (гидрофобность) наноконтейнеров. Но микро- и наногели могут различаться и механическими свойствами, в частности упругостью. Эта важная характеристика зависит от доли сшивающих агентов в полимерной сетке (то есть размера её ячейки). Сотрудники физического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова совместно с немецкими коллегами из Института интерактивных материалов из Ассоциации Лейбница обнаружили связь между упругостью наногелей и временем их циркуляции в кровотоке. Время циркуляции контейнера в кровотоке — один из важных показателей эффективности доставки препарата: чем оно больше, тем больше вероятность, что вещество накопится в микроокружении опухоли.
На мысль о возможном влиянии эластичности наноносителя на его взаимодействие с иммунной клеткой навела исследователей недавняя работа учёных Калифорнийского университета, которые обнаружили, что макрофаги по-разному поглощают эритроциты с разной эластичностью. И действительно, сначала сотрудники Института интерактивных материалов экспериментально обнаружили, что уменьшение упругости наногеля приводит к существенному увеличению времени циркуляции препарата в крови лабораторных мышей. Была выдвинута гипотеза о том, что при контакте с мембраной клеток-макрофагов происходит деформация полимерных частиц, что затрудняет процесс их поглощения. Для подтверждения гипотезы сотрудники кафедры физики полимеров и кристаллов физического факультета МГУ провели компьютерное моделирование взаимодействия частиц наногеля с различной упругостью с модельной мембраной клетки. Моделирование проводилось на суперкомпьютере «Ломоносов-2».
Результаты подтвердили выдвинутое предположение: при контакте с мембраной так называемые мягкие (менее сшитые) наногели претерпевали уплощение, в то время как более жёсткие частицы практически не деформировались и поглощались мембранами.
Физики МГУ надеются, что это исследование в перспективе позволит разработать наноносители, которые бы минимально захватывались макрофагами, что увеличит эффективность метода адресной доставки препаратов. Кроме того, теперь стали лучше понятны некоторые аспекты физики наногелей, которые могут найти применение и в других областях.
Результаты работы опубликованы в журнале «Angewandte Chemie».
По информации пресс-службы МГУ им. М. В. Ломоносова.
