Ученые ЮФУ разрабатывают новые наноразмерные контейнеры для хранения, адресной доставки и контролируемой дозировки препаратов. И это крайне актуальная задача, как в лечении раковых опухолей, так и в период борьбы с пандемией Covid-19.
Результаты работы опубликованы в журнале Molecular Sciences. Пустой холодильник – давно не преграда на пути к утолению вечернего голода в век информационных технологий. Все мы привыкли к желто-зеленым цветам униформы курьеров, которые привозят ароматную пиццу или горячие роллы прямо к нам в квартиру. Однако, мы бы очень удивились, если бы для утоления нашего голода горячие роллы привозили на весь многоквартирный дом, при этом каждому нужно было бы их съесть. А как быть с заказом соседа со второго этажа — пиццей с перчиком халапеньо?
Как же просто живется нам, и как непросто – нашим клеткам. Ведь сейчас при лечении заболеваний пиццу с перчиком халапеньо отправляют всем жильцам нашего многоэтажного организма, что требуется далеко не всегда. Чтобы решить эту проблему, в Южном федеральном университете разрабатывают новые наноразмерные контейнеры для хранения, адресной доставки и контролируемой дозировки препаратов. Ключевая часть системы — наночастицы металл-органических полимеров, своего рода молекулярных губок. Они, подобно обычным губкам, способны вбирать в себя лекарственные препараты, доносить по кровеносной системе до того места, где они нужны, и, при определенных условиях, «выжиматься» – выпускать их из своих пор.
«Не каждый пористый металл-органический полимер подходит для доставки лекарственных средств. К основным требованиям, предъявляемым к капсулам, относятся наноразмерность и низкая токсичность. Материалы, каркас которых не разрушается в организме, и пористые полимеры, которые разлагаются на биогенные (то есть нетоксичные) компоненты, обычно рассматривают как перспективные капсулы для адресной доставки лекарств», – рассказал кандидат физико-математических наук Михаил Солдатов.
На основании этого критерия ученые Международного исследовательского института интеллектуальных материалов Южного федерального университета выбрали три вида металл-органических каркасов: UiO-66 (терефталат циркония), MIL-88a (фумарат железа) и MIL-100 (бензол-1,3,5-трикарбоксилат железа). На первом этапе исследования были разработаны методики синтеза, позволяющие получить эти материалы в виде пористых наночастиц. Так был разработан новый электрохимический метод получения MIL-88a, который не требует повышенных давлений и температур, и продолжается всего 30 минут.
К важными плюсам предложенного синтеза можно отнести и то, что получаемые частицы не токсичны, биосовместимы, а их размеры не превышают 200 нм. MIL-88a был также получен с помощь микрофлюидного синтеза. Для этого была разработана и собрана автоматическая система дозирования, которая с высокой точностью и повторяемостью управляет проведением химических реакций.
С ее помощью была оптимизирована методика получения микрочастиц MIL-88a. Анализ синтезированного материала показал высокую кристалличность, монодисперсную пористость и высокую степень чистоты кристаллов. Также в рамках проекта были разработаны методики синтеза UiO-66 для биомедицинского применения. Полученные частицы отличаются высокой пористостью и стабильностью, могут образовывать устойчивые водные суспензии, а размер частиц данных материалов лежит в диапазоне 40-80 нм.
Для снижения иммунного ответа наночастицы часто покрывают биосовместимыми полимерами. Для UiO-66 была разработана методика модификации поверхности наночастиц полиэтиленгликолем. Разработанный метод позволяет модифицировать поверхность частиц непосредственно в ходе синтеза. «Следующий шаг исследователей – оптимизация процесса загрузки лекарственных препаратов в поры молекулярных губок. В качестве модельного биологически-активного соединения была выбрана аминокислота – лейцин», – говорит научный руководитель Международного исследовательского института интеллектуальных материалов Южного федерального университета Александр Солдатов.
Исследователи ЮФУ проследили процесс ее загрузки в каркасы UiO-66 и MIL-100, а также высвобождения в водной среде. Дальнейшая работа посвящена созданию биологически нейтральных покрытий наноконтейнеров с целью обеспечения направленного воздействия лекарственных средств, а также модификации свойств материала-носителя, которые обеспечат контролируемое высвобождение биологически активных веществ внутри организма. Это позволит эффективно использовать полученные пористые наночастицы для адресной доставки лекарств, что является крайне актуальной задачей, как в лечении раковых опухолей, так и в период борьбы с пандемией Covid-19.