Ученые объединили слабые химические силы для усиления новой технологии визуализации

Исследователи из Иллинойсского университета под руководством доцента Хёнджуна Конга и аспирантки Картни Смит разработали новый, более эффективный и самоорганизующийся контрастный агент для магнитно-резонансной томографии (МРТ).

Проблема существующих агентов

Обычные контрастные агенты для МРТ, например, на основе редкоземельного металла гадолиния, часто ассоциируют с наночастицами для повышения эффективности. Однако упаковка нескольких агентов или лекарств внутрь одной наночастицы может привести к их взаимному связыванию и снижению активности. Прикрепление агентов к внешней поверхности наночастиц ковалентными связями также негативно влияет на их активность.

Биомиметическое решение

Исследователи решили эту проблему, взяв за образец взаимодействия природных биомолекул. Многие белки прочно прикрепляются к клеточным мембранам не ковалентными связями, а суммой более слабых сил: электростатического притяжения и гидрофобных взаимодействий.

Ученые создали молекулу-«застежку» DTPA-chitosan-g-C18, которая с помощью этих сил прикрепляет контрастный агент (гадолиний) к поверхности наночастицы-липосомы (пузырька, напоминающего фрагмент клеточной мембраны).

Результаты и перспективы

Эксперименты, описанные в ACS Nano (DOI: 10.1021/nn4026228), показали, что молекула-«застежка» успешно встраивается в мембрану липосом, а гадолиний стабильно ассоциируется с модифицированными наночастицами. Тесты на животных моделях подтвердили, что такие наночастицы дают четкие диагностические изображения.

«Эта стратегия работает как липучка на молекулярном уровне, чтобы прикрепить функциональные единицы к внешнему слою липосомы», — пояснила Картни Смит.

В последующем исследовании (Langmuir, DOI: 10.1021/la500412r) ученые решили проблему быстрой деградации липосом в организме. Они разработали процесс химического сшивания компонентов наночастицы, что продлило срок ее жизни в биологических условиях.

Новый подход открывает путь к созданию многофункциональных наночастиц, несущих несколько диагностических или терапевтических агентов, что повысит эффективность диагностики и лечения.