Наночастицы как средство адресной доставки препаратов в терапии легких: новые особенности поглощения

24.07.2017 Пульмонология  Нет комментариев

Используя новую систему визуализации, показывающую события в режиме реального времени, ученые отследили движение группы флуоресцентных наночастиц, излучающих в ближнем инфракрасном диапазоне, из воздушного пространства легких в организм и обратно. Таким образом, они получили описание характеристик и поведения этих мельчайших частиц, которые могут быть использованы в качестве терапевтических средств для лечения легочных заболеваний, а также углубили понимание воздействия загрязнения воздуха на наше здоровье.

Результаты исследования, проведенного учеными из Медицинского центра диаконисы Бэт Израэль (Beth Israel Deaconess Medical Center — BIDMC) и Гарвардской школы общественного здоровья (Harvard School of Public Health), опубликованы в он-лайн издании журнала Nature Biotechnology.

Размеры наночастиц – от 1 до 100 нанометров — не позволяют видеть их с помощью традиционных микроскопов. Но такой чрезвычайно малый размер делает их кандидатами на роль средств для адресной доставки лекарственных препаратов, способных также точно выявлять источник заболевания с высокой эффективностью и минимальными побочными эффектами для окружающих тканей.

«Наночастицы – перспективное средство для лечения целого ряда заболеваний», — объясняет соавтор статьи доктор философии и медицины Джон Франджиони (John V. Frangioni) из Отделения гематологии и онкологии BIDMC и адъюнкт-профессор медицины и радиологии Гарвардской медицинской школы (Harvard Medical School — HMS), лаборатория которого специализируется на разработке систем молекулярной визуализации и контрастных веществ для них. Анатомия легких с их большой площадью поверхности и минимально ограничивающими поступление в организм различных веществ барьерами делает этот орган особенно хорошей мишенью для доставки лекарственных препаратов с помощью наночастиц.

«Для нас представляла интерес судьба маленьких частиц после их попадания в те глубокие отделы легких, где осуществляется газообмен», – добавляет соавтор статьи доктор философии Акира Цуда (Akira Tsuda), научный сотрудник Программы молекулярной и интегративной физиологии Департамента санитарного состояния окружающей среды Гарвардской школы общественного здоровья. «Определение физико-химических характеристик вдыхаемых наночастиц, влияющих на их способность проходить сквозь эпителий альвеол – важный шаг в понимании биологических эффектов, связанных с их воздействием на организм».

В ходе предыдущей работы Франджиони и преподавателя Гарвардской медицинской школы доктора философии Хак Су Чоя (Hak Soo Choi) были установлены свойства наночастиц, характеризующие их способность выделяться из организма. «Чтобы иметь клиническое значение, частицы либо должны обладать свойством биодеградировать в биологически инертные соединения, либо эффективно выводиться из организма», — говорит Чой, объясняя, что накопление наночастиц в организме может приводить к токсическим эффектам.

Целью данного исследования было определение характеристик и параметров вдыхаемых наночастиц, от которых зависит их поступление в организм – из окружающей среды через альвеолярную поверхность легких в лимфатическую систему и кровообращение и, в конечном итоге, в другие органы. Для этого ученые использовали систему визуализации FLARE™ (Fluorescence-Assisted Resection and Exploration), систематически меняя химический состав, размер, форму и поверхностный заряд группы флуоресцентных наночастиц, излучающих в ближнем инфракрасном диапазоне. Через час после введения исследователи отслеживали движение различных наночастиц в легких экспериментальных крыс, а также проверяли результаты с помощью обычных радиоактивных индикаторов.

«Система FLARE позволила нам сократить количество экспериментов наполовину и дала возможность провести непосредственное сравнение наночастиц различных размеров, форм и жесткости», — объясняет Франджиони, лаборатория которого разработала FLARE для использования в легочной хирургии как средства для визуального наведения.

Результаты экспериментов показали, что не положительно заряженные наночастицы, меньше 34 нм в диаметре, появлялись в дренирующих легкие лимфатических узлах в течение 30 минут. Наночастицы меньше 6 нм в диаметре с характеристиками цвиттер-ионов (имеющие одинаковый положительный и отрицательный заряды) перемещались в дренирующие лимфатические узлы за несколько минут, а затем выводились из организма с мочой.

«Эти новые данные могут быть использованы при разработке и оптимизации частиц для доставки лекарств в ингаляционной терапии», — отмечает Цуда. «Это исследование также помогает оценить воздействие различных твердых загрязняющих веществ на здоровье, так как полученные данные предполагают важность проведения различий между отдельными подклассами частиц (основываясь на химии их поверхности и размере), способных быстро проходить через альвеолярный эпителий и распространяться по всему организму».

«Исследование дополняет нашу предыдущую работу, в которой мы определили характеристики наночастиц, влияющие на эффективность их выведения из организма. С помощью новых данных, характеризующих их поглощение, мы описали полный «цикл» наночастиц — из окружающей среды через легкие в организм, затем через почки в мочу и обратно в окружающую среду» — добавляет Франджиони.

Читайте также