Созданы самые маленькие свободные пузырьки для медицинской визуализации
Исследователи из Университета Райса разработали ультрамалые, стабильные газонаполненные белковые наноструктуры, которые могут произвести революцию в ультразвуковой визуализации и доставке лекарств.
В отличие от современных микропузырьков или нанопузырьков, которые слишком велики для эффективного преодоления биологических барьеров, новые ромбовидные газовые везикулы размером 50 нанометров (50-NM GVs) — примерно с вирус — считаются самыми маленькими стабильными свободными структурами для медицинской визуализации из когда-либо созданных.
Микропузырьки обеспечили недавние успехи в ультразвуковой визуализации и ультразвуковой доставке генов и лекарств. Используемые как контрастные агенты, они могут предоставлять информацию на молекулярном уровне о целевых биомаркерах или типах клеток. Однако из-за своего большого размера (1–10 микрометров в диаметре) они редко покидают кровоток, что ограничивает их применение хорошо васкуляризированными тканями.
В отличие от них, новые 50-NM GVs могут проникать в ткани: исследование показало, что они способны достигать важных популяций иммунных клеток в лимфатических узлах. Это открывает новые возможности для визуализации и доставки терапии к ранее недоступным клеткам.
Изображения лимфатической ткани, полученные с помощью электронной микроскопии, показывают, что большие группы наноструктур скапливаются внутри клеток, играющих критическую роль в активации врожденного иммунного ответа. Это говорит об их потенциальном применении в иммунотерапии, профилактике рака, ранней диагностике и лечении инфекционных заболеваний. Работа опубликована в журнале Advanced Materials.
«Этот прорыв открывает новые пути для лечения заболеваний с помощью ультразвука, что повлияет на будущую медицинскую практику и результаты лечения пациентов. Исследование имеет важные последствия для лечения рака и инфекционных заболеваний, поскольку клетки, резидентные в лимфатических узлах, являются критическими мишенями для иммунотерапий», — сказал автор исследования Джордж Лу, доцент биоинженерии и стипендиат Института исследований рака Техаса.
Методы исследования включали генную инженерию, методы характеризации наночастиц, электронную микроскопию и ультразвуковую визуализацию для анализа распределения и акустического ответа этих структур.
«Идея заключалась в том, чтобы использовать их малый размер и акустические свойства для биомедицинских приложений, — сказал Лу. — Эта работа представляет собой новаторский дизайн функциональных газонаполненных белковых наноструктур, достаточно малых, чтобы проникнуть в лимфатическую систему».
В исследовании намечены несколько направлений для будущей работы, включая оценку биобезопасности и иммуногенности нанопузырьков, определение оптимальных параметров ультразвука для применения in vivo и другие.
«В более широком смысле это представляет собой значительный прогресс в дизайне материалов, потенциально ведущий к инновационным применениям в различных научных областях, — добавил Лу. — Поскольку эти наноструктуры полностью состоят из белков и производятся внутри живых бактерий, они служат примером того, как биогенные материалы могут превзойти по характеристикам синтетические материалы».