Пресс-центр / новости / Наука /

Универсальная платформа для биоимиджинга на основе апконвертирующих нанокристаллов, модифицированных коломиновой кислотой

Ученые из ИБХ РАН, ФНИЦ «Кристаллография и фотоника», РОНЦ имени Н.Н. Блохина, ИТХТ им. М.В. Ломоносова и Первого МГМУ им. И.М. Сеченова разработали способ модификации поверхности нанокристаллов с антистоксовой флуоресценцией эндогенной коломиновой кислотой для придания нанокомплексам способности оставаться «неузнанными» ретикулоэндотелиальной системой, что привело к эффективному накоплению в области воспаления, а также визуализации микро- и макро- кровеносных сосудов.

наночастицы, биоимиджинг

Григоров Артем

Demina PA, Sholina NV, Akasov RA, Khochenkov DA, Arkharova NA, Nechaev AV, Khaydukov EV & Generalova AN

Апконвертирующие нанокристаллы (АНК) являются перспективными агентами для биовизуализации благодаря способности флуоресцировать при облучении ближним инфракрасным светом, способным проникать глубоко в биоткань, сохраняя высокое соотношение сигнал/шум. Однако успешность их применения заключается в функционализации поверхности биополимерами.

Рисунок 1. Схема двухступенчатой модификации АНК коломиновой кислотой; нанокомплексы АНК-коломиновая кислота демонстрируют низкую цитотоксичность по отношению к культуре фибробластов BJ-5ta и низкое поглощение макрофагами in vitro. Увеличенное время циркуляции в кровотоке по сравнению с ПЭГ обеспечивает эффективное накопление в очаге воспаления и визуализацию кровеносных сосудов

Коломиновая кислота представляет собой природный высокогидрофильный гомополимер α-2,8-связанной 5-N-ацетилнейраминовой кислоты, не оказывающий токсичного воздействия, деградирующий под действием нейраминидазы до нетоксичной сиаловой кислоты, и не вызывающий иммунного ответа организма. Была предложена функционализация поверхности АНК на основе двухступенчатой стратегии, состоящей из предварительной гидрофилизации поверхности полиэтиленимином с последующим присоединением коломиновой кислоты двумя способами – за счет электростатических взаимодействий или за счет формирования ковалентной связи.

Дальнейшие исследования показали, что вне зависимости от способа модификации, коломиновая кислота проявляет себя как нетоксичное покрытие АНК, снижающее неспецифичную адсорбцию белков крови. Такие нанокомплексы проявляют низкое поглощение макрофагами RAW 264.7, моноцитами TPH-1 и клетками аденокарциномы легкого человека A-549 in vitro. Инкубация в течение 24 часов с клеточной линией фибробластов BJ-5ta выявила высокий уровень жизнеспособности клеток. Хроническая цитотоксичность (72-инкубация с BJ-5ta) практически не проявлялась. Кроме того было продемонстрировано преимущество использования коломиновой кислоты в качестве поверхностного покрытия, позволяющего увеличить время циркуляции в кровотоке малых животных при внутривенном введении (более 3х часов), в сравнении с полиэтиленгликолем.

Модификация поверхности коломиновой кислотой открывает возможность визуализировать патологические ткани, например, воспаление, которому свойственен ангиогенез и нарушение сосудистой системы, что приводит к накоплению АНК-коломиновая кислота по механизму, сходному с EPR-эффектом, характерному для солидных опухолей. Кроме того, модифицированные коломиновой килостой нанокристаллы могут быть успешно использованы для биовизуализации больших и малых сосудов при остром воспалении, что важно для изучения распределения нанолекарств в составе наносистем на основе АНК.

Предлагаемый метод функционализации поверхности с использованием коломиновой кислоты может быть реализован для различных наночастиц, таких как квантовые точки, магнитные, плазмонные и т.д. для доставки к месту воспаления. Таким образом, нанокомплексы АНК-коломиновая кислота имеют большой потенциал для биовизуализации, доставки лекарств и фотосенсибилизаторов к месту воспаления.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ No. 18-29-01021 и РНФ No.18-79-10198 и опубликовано в журнале Biomaterials Science.

3 сентября