Магнитные наночастицы в синтетических клетках обеспечивают контролируемый высвобождение лекарств в глубоких тканях с меньшими побочными эффектами
Химики из Университетского колледжа Лондона (UCL) и Оксфордского университета создали синтетическую клетку, которую можно активировать магнитным полем для высвобождения лекарства в глубине организма.
Новая методика, опубликованная в Nature Chemistry, может быть использована для точного нацеливания лекарств на раковые опухоли или бактериальные инфекции, одновременно повышая их эффективность и снижая побочные эффекты.
Синтетические клетки — это неживые аналоги реальных клеток. У них есть жировая мембрана (или мешочек), содержащая химические или биологические компоненты, такие как ДНК. В зависимости от внутренней ДНК клетки могут производить любой необходимый белок.
Их использование для доставки лекарств до сих пор ограничивалось тем, что ими нельзя управлять внутри организма. Предыдущие исследования активировали синтетические клетки светом, но свет не может проникнуть в кожу глубже миллиметра.
Для новых синтетических клеток исследовательская группа прикрепила ДНК к крошечным магнитным наночастицам из оксида железа (Fe2O3). Эти покрытые ДНК наночастицы были заключены в двухслойную липидную мембрану, подобно мешочку реальной клетки.
Команда применила переменное магнитное поле, заставив магнитные наночастицы нагревать только своё непосредственное окружение. Это привело к активации ДНК внутри синтетической клетки для производства белка. ДНК создала белок, светящийся зелёным (для измерения количества), и мембранный белок для контролируемого высвобождения модельной молекулы лекарства.
Для реальных применений молекулы, убивающие рак или бактерии, можно просто встроить в эту магнитную систему высвобождения.
Возможность контролировать время высвобождения этих молекул позволит использовать терапии более точно, потенциально снижая побочные эффекты.
В этом исследовании учёные показали, что синтетические клетки можно активировать магнитным полем даже внутри чёрной трубки, имитирующей плотную ткань живого организма.
Старший автор, доктор Майкл Бут (UCL), сказал: «Наше исследование открывает потенциал для использования синтетических клеток в организме. Это делает возможными новые виды лечения».
«Синтетические клетки можно настраивать для широкого спектра применений. В будущем их можно будет запрограммировать на высвобождение лекарства при обнаружении чего-либо в их непосредственной среде — например, опухоли или бактерий. Этот более целенаправленный подход позволит клиницистам использовать меньшие дозы лечения, делая его безопаснее».
«Наша работа по доказательству принципа была проведена в воде, и следующий шаг — испытать эту технику с противораковым "грузом", нацеленным на раковые клетки в лаборатории».
Исследователи использовали «клик-химию» (click chemistry), где молекулы соединяются, как кубики LEGO, чтобы прочно связать ДНК с поверхностью магнитных наночастиц. Однако, как и в предыдущих попытках, часть ДНК оставалась слабо связанной с наночастицами, что приводило к её утечке в окружающую среду.
Для решения этой проблемы команда разработала новый метод удаления слабо связанных цепочек ДНК. Они поместили наночастицы в гель и приложили электрическое поле. Поскольку ДНК обладает высоким электрическим зарядом, слабо связанные цепочки отошли от частиц, оставив только прочно прикреплённые.
Эта новая методика снизила количество «протекающей» ДНК на 90%.
Исследователи пояснили, что как нагрев, так и сила магнитного поля находятся на уровнях, безопасных для человека. Такой локальный нагрев магнитной наночастицы, запускаемый переменным магнитным полем, уже используется для лечения глиобластом (типа рака мозга).
Первый автор, аспирантка Оксфордского университета Эллен Паркс, сказала: «Наше доказательство принципа открывает возможность перепрофилирования уже одобренной для клиники терапии для уничтожения раковых клеток, используя переменные магнитные поля для создания и высвобождения лекарств только в целевой области внутри тела».
«Подход с использованием синтетических клеток универсален и позволит создавать различные лекарства, нацеленные на ряд видов рака. Эта технология имеет потенциал стать новым типом терапии, и дальнейшие исследования уже ведутся на раковой модели».