№11 ноябрь 2022

Портал функционирует при финансовой поддержке Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций.

Мягкие наногели доставят лекарство по адресу

Успешное лечение раковых заболеваний заключается в уничтожении клеток опухолей в организме. В случае классической химиотерапии препаратами, обладающими высокой токсичностью, неизбежно происходит повреждение и здоровых клеток органов и тканей. Чтобы уменьшить негативное воздействие на организм, в лечебную практику вошёл метод доставки препаратов непосредственно в злокачественные клетки. Для такой адресной доставки действующее вещество помещается в контейнеры микро- или наномасштаба, которые вводятся в кровоток и осаждаются только в клетках с определёнными физико-химическими свойствами, в данном случае — в клетки опухоли. Эту среду распознаёт сам контейнер. Но эффективность такого лечения ограничивает иммунная система человека. Её клетки-макрофаги и моноциты способны активно поглощать из кровотока молекулярные контейнеры. Поэтому специалисты выясняют, какими свойствами должны обладать микро- и наноконтейнеры, чтобы вероятность их захвата клетками иммунной системы была невелика.

Небольшие изменения в эластичности мягких (радиоактивно меченных) наногелей приводят к значительным различиям в их времени циркуляции в кровотоке живого организма. Более длительное время циркуляции повышает вероятность накопления наногелей в микроокружении опухоли. Рисунок (с изменениями) из статьи: Desai P., Rimal R., Florea A., Gumerov R. A. еt al. Tuning the Elasticity of Nanogels Improves Their Circulation Time by Evading Immune Cells // Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202116653/.

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.

Другие статьи из рубрики «Вести из институтов, лабораторий, экспедиций»

Портал журнала «Наука и жизнь» использует файлы cookie. Продолжая пользоваться порталом, вы соглашаетесь с хранением и использованием порталом и партнёрскими сайтами файлов cookie на вашем устройстве. Подробнее