Пресс-центр / новости / Наука /

Изучено старение и разрушение магнитных наночастиц в организме

Группа ученых из Лаборатории молекулярной иммунологии ИБХ РАН, МФТИ, ИОФ РАН, НИЯУ МИФИ, Университета Сириус и РНИМУ им. Пирогова провели первые широкие исследования долговременной судьбы наночастиц в организме животных. Долгое время оставалось неясным что происходит с наночастицами в организме после того, как они выполнили свою функцию. Новая разработка российских ученых позволила прояснить этот вопрос. Результаты исследования опубликованы в высокорейтинговом журнале ACS Nano.

биоимиджинг, наночастицы

Григоров А.С.

Zelepukin IV, Yaremenko AV, Ivanov IN, Yuryev MV, Cherkasov VR, Deyev SM, Nikitin PI, Nikitin MP

Магнитные наночастицы являются распространенным объектом научных исследований для управляемой доставки лекарств и уже допущены для использования в медицине. Так, магнитные частицы являются яркими контрастными агентами для магнитно-резонансной томографии (МРТ) – одном из самых востребованных инструментов функциональной диагностики в клинике. Кроме того, ряд формуляций магнитных частиц с сахарами используется для терапии железодефицитной анемии.

Рисунок 1. Метод детекции магнитных частиц. Мышь располагается областью печени и селезенки над магнитной катушкой, воздействующей на наночастицы. По магнитному отклику измеряется какое количество железа осталось в составе частиц, а какое уже вошло в состав белков организма РАН

Ученые разработали новый спектральный магнитный метод детекции, позволяющий отделять сигнал магнитных наночастиц от железа, которое в норме содержится в организме. Высокая чувствительность метода и возможность проводить измерения без смерти животных позволили впервые провести масштабное исследование и сравнить между собой скорость деградации 17 типов наночастиц. Было изучено влияние на биоразложение частиц в организме их размера, дозы, заряда поверхности, покрытия и внутреннего строения.

Так, после введения в кровоток наночастицы накапливались в лизосомах и начинали медленно растворяться под действием кислоты и ферментов. Ученые показали, что скорость этого процесса очень сильно зависит от внутреннего строения материала и с помощью дизайна наночастиц можно ускорять время полной деградации с нескольких лет до 1 месяца. Так быстрее всего деградировали маленькие частицы с отрицательным зарядом. Среди различных полимеров, покрывающих частицы, слабее всех замедлял растворение полимер глюкуроновой кислоты, а сильнее всего – полистирол. Настолько обширные исследования в области нанобиотехнологий практически не проводятся, в том числе из-за методологических проблем.

Разработанный авторами метод детекции отличается гуманностью: за счет того, что мыши в эксперименте исследуются неинвазивно, существенно снижается количество животных, необходимое для проведения всего исследования. Так, для исследования деградации одного типа наночастиц требовалось всего 3-5 мышей, а не десятки и сотни, как при использовании классических подходов анализа деградации, таких как масс-спектрометрия.

Затем ученые попытались понять, что происходит с остатками частиц, когда они перешли в биогенные формы железа. Было обнаружено, что избыточное железо, которое образовалось при растворении частиц, не выводится из организма. Вместо этого у животных уменьшалось усваивание того железа, которое поступает из пищи. В результате железо от частиц полностью переходило в низкотоксичные формы, откладывалось в печени и селезенке и вероятно использовалось организмом по своему усмотрению: для создания эритроцитов, регуляции метаболических процессов и других применений. Важным результатом являлось отсутствие долговременной токсичности магнитных частиц для организма. Единственными изменениями, которые были обнаружены - временное увеличение популяции иммунных клеток, участвующих в распознавании частиц и их переработке, а также долговременное отложение избыточного железа в печени и селезенке.

То, что магнитные частицы переходят в биогенное железо – важная особенность, которую можно использовать для терапии некоторых форм анемий. Наши исследования проливают свет на разумный дизайн наноматериалов с контролируемой скоростью высвобождения железа”– считает Иван Зелепукин, первый автор статьи, младший научный сотрудник Лаборатории молекулярной иммунологии ИБХ РАН.

Данное исследование является продолжением серии работ лаборатории молекулярной иммунологии, в которых изучаются механизмы взаимодействия частиц с организмом. Сотрудники лаборатории на протяжении многих лет разрабатывают различные способы нацеленной доставки наночастиц и белковых молекул, а также диагностики и терапии заболеваний с использованием наноагентов.

Исследование было выполнено при поддержке Российского научного фонда и Российского фонда фундаментальных исследований.

15 июля