Цивилизация
Российские химики получили наноконтейнеры для лекарств из металлоорганического материала на основе циркония и терефталевой кислоты. Они могут долго удерживать препарат благодаря оптимальному размеру и пористости, а также нетоксичны. Свою разработку исследователи успешно протестировали на культуре клеток с применением лейцина — аминокислоты, которая не синтезируется в клетках животных и должна поступать извне. Результаты работы, поддержанной Президентской программой Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Inorganic Chemistry.
«Наши результаты могут быть использованы для создания лекарственных средств пролонгированного действия. Например, это нужно для препаратов, которые блокируют рост опухоли. Если концентрация вещества высока только после введения, а затем падает, раковые клетки могут продолжать делиться. Препарат, помещенный в пористые носители, высвобождается в организме порциями в течение длительного времени. Это может повысить его биодоступность и усилить терапевтический эффект», — комментирует руководитель проекта Вера Бутова, кандидат химических наук, заведующая научной лабораторией функциональных наноматериалов Международного исследовательского института интеллектуальных материалов Южного федерального университета (Ростов-на-Дону).
Чтобы эффективно доставлять лекарства, наночастица должна обладать рядом уникальных свойств: быть стабильной внутри организма, иметь определенный размер и много пор. При этом желательно, чтобы размер пор можно было изменять при синтезе, так как от него зависит длительность удерживания лекарства. Наночастицы на основе металлорганических материалов имеют все перечисленные свойства. Во-первых, они термостойкие и не разрушаются в большинстве растворителей — устойчивость к экстремальным условиям обеспечит стабильность и внутри организма пациента. Во-вторых, размер таких частиц и пористость можно контролировать при синтезе путем добавления нужного количества молекулы-модулятора, например бензойной кислоты. Модулятор замедляет рост кристаллов полимера и увеличивает доступность пор.
В своем исследовании ученые разработали метод получения пористых наночастиц. Они подобрали соотношения солей металла циркония и различных кислот так, чтобы наночастицы на их основе получились оптимального размера 30-60 нанометров и при этом с высокой пористостью. Такой размер необходим для эффективной доставки лекарств в организме, тогда как пористость важна для эффективного удержания вещества и медленного его высвобождения. Дело в том, что чем больше пор, тем больше площадь поверхности для взаимодействия с препаратом и тем дольше отдельная молекула может «путешествовать» по этим порам. При этом ученые отмечают, что такие наноконтейнеры не токсичны для клеток: добавление в среду полученных частиц и выдерживание с ними 24 часа не повлияло на дальнейший рост культуры клеток.
Химики отработали методику загрузки наноконтейнеров на примере лейцина — незаменимой аминокислоты, использующейся в виде пищевой добавки в спорте. Эта аминокислота имеет две метильные группы –CH3, которые часто встречаются и в различных лекарственных препаратах. Ученые использовали комплекс современных физико-химических методов и компьютерное моделирование, чтобы определить механизм взаимодействия аминокислоты с носителем. Методом инфракрасной спектроскопии, которая определяет частоты колебаний, в том числе и колебаний метильных групп, они показали, что за удержание лейцина в порах капсулы отвечают именно –CH3. Связывание происходит из-за гидрофобного взаимодействия метильных групп аминокислоты и бензольных колец металлорганического каркаса. Благодаря такому механизму контейнер сможет удерживать не только лейцин, но и иные молекулы.
«Для загрузки в пористые контейнеры будут использованы и другие препараты. Данные, полученные из работы с лейцином, помогут предсказать вероятный путь их взаимодействия с каркасом. В настоящий момент на клетках уже проведено исследование возможности доставки доксорубицина — противоопухолевого антибиотика. Кроме того, сейчас мы обсуждаем совместное исследование с ростовским онкоинститутом о возможности доставки противоопухолевых препаратов разработанными пористыми контейнерами, — поясняет Вера Бутова. — Следующим этапом исследования будет создание композитных средств доставки лекарств, сочетающих пористые полимеры с магнитными частицами. Так можно будет накапливать контейнеры в нужных областях организма, воздействуя на них постоянным магнитным полем, а затем высвобождать лекарство при местном нагревании наночастиц в переменном магнитном поле».
