Планктон вдохновил химиков на создание «стелс»-брони для микроскопических средств доставки лекарственных препаратов

Актуальные темы - Нанотехнологии в медицине и биологии

31.01.2011 19:07

Способность некоторых форм планктона и бактерий образовывать дополнительный естественный защитный слой из наноразмерных частиц вдохновила химиков их Университета Ворвика (University of Warwick) на разработку поразительно простого способа создания покрытия-«брони» для полимерных пузырьков, содержащих лекарственные препараты.

Четыре различных типа покрытий, созданные учеными Университета Ворвика. (Фото: www2.warwick.ac.uk)

Ученые смогли связать эти полые структуры с целым рядом наночастиц, разработав новую стратегию создания средств доставки лекарственных препаратов. Примененная ими «стелс»-технология делает микроскопические полимерные пузырьки, содержащие жидкие лекарственные вещества, невидимыми для защитных систем организма.

Достижения в области полимеризации вызвали целую волну работ по созданию пузырьков из полимерных молекул. Такие полые структуры имеют целый ряд интересных химических и физических свойств, делающих их потенциальными средствами доставки лекарственных препаратов.

Ученые из Университета Ворвика были убеждены, что, если такие пузырьки «одеть» в дополнительный слой коллоидной «брони» из различных наночастиц, им можно придать еще большую прочность и добиться получения заранее заданных свойств.

«Нас вдохновляла способность природы обеспечивать защиту и механическую прочность определенным классам клеток и организмов. В дополнении к механической прочности, придаваемой клеткам цитоскелетом, растения, грибы и некоторые бактерии имеют дополнительную клеточную стенку, выступающую в роли внешнего барьера. Особо привлекли к себе наше внимание организмы, обладающие клеточной стенкой, состоящей из защитных коллоидных объектов. Это, например, бактерии, покрытые S-слоем белков, или фитопланктон, такой как кокколитофориды. (coccolithophorids), обладающий собственной коллоидной «наноброней», основанной на CaCO3», - рассказывает руководитель работы адъюнкт-профессор Стефан Бон (Stefan Bon)

Природа обеспечила кокколитофориды (coccolithophorids) коллоидной «наноброней», основанной на CaCO3. (Фото: treehugger.com)

Ученые нашли удивительно простой и высоко эффективный метод добавления к полимерным пузырькам целого ряда различных типов дополнительной защиты. Одним из них стал слой микроскопических шариков из полистирола с высокой степенью организации упаковки. Эта означало, что исследователям удалось создать пузырек, имеющий не только дополнительный усиленный внешний защитный барьер, но и обладающий точными характеристиками проницаемости, существенными для высвобождения лекарства, определяемыми кристаллообразной структурой из полистирольных шариков.

Применив ту же технику, ученым удалось добавить к пузырьку и желатинообразный полимер. Эта технология обеспечила пузырькам «стелс»-броню, защищающую их от нежелательного внимания со стороны иммунной системы организма. Данное покрытие (гидрогель из сополимера этилакрилата и метакриловый кислоты) поглощает так много окружающей воды, что в состоянии «обмануть» защитные механизмы организма, заставив их поверить, что это действительно обыкновенная вода.

«Невидимые» для иммунной системы организма полимерные пузырьки со «стелс»-броней, обладающие дополнительной защитой. (Криоэлектронная микроскопия). (Фото: pubs.acs.org)

Чтобы связать полимеры, ученым пришла в голову мысль, придать выбранной ими защите, основанной на коллоидных, или латексных, частицам, противоположный по отношению к пузырькам заряд. Это оказалось даже более эффективно и просто, чем они предполагали. Однако чтобы убедиться, что их план сработал, им нужен был новый способ наблюдения пузырьков.

Используемые ранее электронно-микроскопические методы требовали предварительного высушивания пузырьков. Высушивание значительно деформирует их структуру, в результате чего эта технология предоставляет мало полезных данных. Однако Университет Ворвика недавно приобрел криоэлектронный микроскоп. Это позволило ученым быстро заморозить пузырьки (до -150 градусов), сохраняя их форму, и убедиться, что основанный на изменении заряда метод работал, как было запланировано.