Исследователи разработали технологию, которая создает наноразмерные мешочки, содержащие отсек внутри отсека, как у русской матрешки. Новая технология способна доставлять два препарата одновременно или в разное время.
Ученые и исследователи усердно работали над разработкой новых и более эффективных методов доставки лекарств, которые повышают эффективность и уменьшают потенциальные побочные эффекты. Наноразмерные липосомы, крошечные искусственно созданные мешочки, состоящие из водного раствора, заключенного в двухслойную мембрану из молекул липидов (жиров), обычно используются в качестве носителей лекарств, поскольку они универсальны, биоразлагаемы и вряд ли вызовут аллергическую реакцию.Однако современные методы синтеза липосом ограничивают возможность создания сложных структур и, как правило, производят липосомы с одним отсеком для переноса лекарств. Теперь исследователи из Имперского колледжа Лондона (ICL) разработали технологию, которая создает липосомы с отсеками внутри отсеков, что позволяет гораздо лучше контролировать доставку лекарств.
Стандартная липосома, состоящая из водного ядра, окруженного двухслойной липидной мембранойDepositphotos
«Наша технология, как и русские матрешки, позволяет нам формировать структуры «частица в частице» с возможностью контролировать все характеристики частиц, включая лекарство или вакцину, инкапсулированные в каждой из них», — сказал доктор Ювал Элани из отдела химической инженерии ICL и автор-корреспондент исследования. «С дальнейшими исследованиями по изучению того, как эти наночастицы взаимодействуют с живыми организмами, это достижение имеет значительный потенциал для революции как в терапии, такой как химиотерапия, так и в вакцинах».
Синтез архитектуры «матрешки» одного отсека внутри другого, которую исследователи назвали «концентрисомами», включал наложение внешних липидных мембран на внутренние. Они сделали это, объединив микрофлюидику, манипулируя небольшим количеством жидкостей с помощью каналов в микрометровом масштабе и так называемую «химию щелчков», простую технику, которая использует легкодоступные исходные материалы для получения высокого выхода новых соединений.
Получающиеся в результате концентрсомы микроскопические: около 200 нанометров в поперечнике. Для примера: ширина человеческого волоса составляет примерно от 80 000 до 100 000 нм; ширина большинства белков составляет около 10 нм, тогда как ширина типичного вируса составляет около 100 нм.
Обычные липосомы (желтая рамка) и концентрсомы с внутренними и внешними отсеками (синяя рамка)Pilkington et al. «Точно так же, как структурная сложность животных клеток делает их способными к сложным функциям, компартментализированные наночастицы можно настраивать для демонстрации более продвинутых функций», — сказал Элани.
Исследователи могли контролировать состав каждого липидного бислоя, чтобы сделать концентрисому определяемой пользователем. Например, они разработали систему, в которой один слой реагировал на температуру, то есть был термочувствительным, а другой — нет, так что содержимое высвобождалось только при достижении определенной температуры.
В ходе дальнейших экспериментов они продемонстрировали, что внутренняя и внешняя мембраны концентрисомы могут удерживать различные лекарственные грузы и высвобождать каждый из них на разных стадиях. Воздействие на концентрисому низкой температуры заставило внешнюю мембрану высвободить свой груз; последовательное воздействие высокой температуры вызвало высвобождение внутренней мембраной. Еще более впечатляющей была способность исследователей конструировать концентрисомы для синтеза новых биохимических веществ внутри себя, что снова было вызвано повышением температуры.
Иллюстрация многоэтапного высвобождения полезной нагрузки в ответ на два отдельных стимула (слева) и синтеза биохимических веществ в концентрисоме с последующим их высвобождением (справа) Пилкингтон и др.
Возможность доставлять два препарата одновременно или в разные моменты времени может произвести революцию в комбинированной терапии или использовании нескольких препаратов для лечения одного заболевания.
Технология доставки лекарств в настоящее время находится на стадии проверки концепции и не была протестирована на живых организмах. Необходимы дальнейшие исследования по повышению архитектурной сложности концентрисом и использованию различных полезных нагрузок, таких как генетический материал, прежде чем эти многообещающие предварительные результаты можно будет перевести в практическое применение.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Chemistry.
