Однако сначала исследователи должны продемонстрировать правильно рассчитанный по времени распад этих чрезвычайно маленьких структур, процесс, необходимый для их работы и их способности безопасно выводиться из тела пациента после того, как их работа будет выполнена. Новое исследование представляет уникальный метод прямого измерения деградации наночастиц в реальном времени в биологической среде.«Наночастицы имеют очень разнообразный дизайн и свойства, но все они должны быть в конечном итоге удалены из организма после того, как они выполнят свою задачу», — сказал кардиологический исследователь Майкл Чорни, доктор философии из Детской больницы Филадельфии (CHOP). . «Мы предлагаем новый метод анализа и характеристики разборки наночастиц как необходимый шаг на пути внедрения наночастиц в клиническую практику».
Черный и его коллеги описали эту новую методологию в Трудах Национальной академии наук, опубликованных в Интернете 3 марта 2014 г., и в печатном выпуске журнала от 18 марта.Команда CHOP давно исследует биоразлагаемые наночастицы для медицинского применения.
Эти частицы диаметром от нескольких десятков до нескольких сотен нанометров в 10–1000 раз меньше эритроцитов (нанометр равен одной миллионной миллиметра). Одной из основных задач является постоянный мониторинг судьбы наночастиц в модельных биологических условиях и в живых клетках без нарушения функций клеток.
«Точное измерение разборки наночастиц в реальном времени непосредственно в интересующей среде, такой как внутренняя часть живой клетки или другие типы сложной биологической среды, является сложной задачей. Наша цель здесь заключалась в разработке такого неинвазивного метода, обеспечивающего объективные результаты», — сказал Черный . «Эти результаты помогут исследователям настроить составы наночастиц для конкретных терапевтических и диагностических приложений».Исследовательская группа использовала физическое явление, называемое резонансной передачей энергии Форстера, или FRET, как своего рода молекулярную линейку для измерения расстояния между компонентами их частиц.
Для этого исследователи пометили свои составы флуоресцентными зондами, демонстрирующими безызлучательную передачу энергии, то есть FRET, когда они расположены внутри одной и той же частицы. Этот процесс приводит к особой картине флуоресценции, «отпечатку пальца» физически неповрежденных частиц, который постепенно исчезает по мере процесса разборки частицы. Это изменение флуоресцентных свойств наночастиц можно отслеживать напрямую, не отделяя частицы от окружающей их среды, что позволяет проводить неискаженные непрерывные измерения их целостности.«Молекулы должны быть очень близко друг к другу, всего в нескольких нанометрах друг от друга, чтобы произошла передача энергии», — сказал Черный. «Изменения в образцах флуоресценции точно отражают кинетику разборки наночастиц.
Основываясь на этих результатах, мы можем улучшить конструкцию частиц, чтобы сделать их более безопасными и эффективными».Скорость разборки очень важна для конкретных потенциальных приложений. Например, некоторые наночастицы могут нести лекарство, предназначенное для быстрого действия, в то время как другие должны сохранять лекарство защищенным и контролируемым образом высвобождаться с течением времени.
Настройка свойств состава для этих задач может потребовать тщательной корректировки временных рамок разборки наночастиц. Именно здесь этот метод может стать ценным инструментом, значительно облегчающим процесс оптимизации.
В текущем исследовании ученые проанализировали, как наночастицы распадаются как в жидких, так и в полужидких средах, а также в клетках сосудов, моделируя судьбу частиц, используемых для доставки терапии в поврежденные кровеносные сосуды. «Мы обнаружили, что разборка, вероятно, будет происходить быстрее в начале процесса заживления сосудов и замедляться позже. Это может иметь значение для дизайна наночастиц, предназначенных для таргетной лекарственной, генной или клеточной терапии сосудистых заболеваний», — сказал Черни.
Черный и его коллеги уже давно изучают использование наночастиц, разработанных в качестве носителей, доставляющих антипролиферативные и биотерапевтические препараты в кровеносные сосуды, подверженные опасному рестенозу (повторной закупорке). Многие из этих исследований, проведенные в лаборатории кардиологических исследований соавтора CHOP Роберта Дж.
Леви, доктора медицины, используют внешние магнитные поля для направления наночастиц, импрегнированных оксидом железа, на металлические артериальные стенты, узкие каркасы, имплантированные в кровеносные сосуды.Текущее исследование, сказал Черный, хотя и имеет непосредственное отношение к терапии рестеноза и доставке под магнитным контролем, имеет гораздо более широкие возможности применения. «Наночастицы могут быть составлены с контрастными веществами для диагностической визуализации или могут доставлять противоопухолевые препараты к опухоли», — сказал он. «Наш измерительный инструмент может помочь исследователям разрабатывать и оптимизировать свои наномедицинские составы для различных медицинских целей».
