Новые наногели — перспективная система доставки лекарств для лечения рака
Исследователи из Техасского университета в Остине разработали новые принципы создания наноразмерных гелевых материалов (наногелей) для точной доставки множества терапевтических средств против рака. Их наногели способны не только высвобождать лекарства в ответ на опухоль, но и нацеливаться на злокачественные клетки (или биомаркеры), разлагаться на нетоксичные компоненты и выполнять несколько клинических функций.
Ключевая особенность разработанных наногелей — возможность их химической модификации или «декорирования» множеством биоактивных молекул. Эти модификации придают наногелям более разнообразные физические и химические свойства по сравнению с любыми другими существующими методиками, несмотря на их идентичное происхождение. Такие системы, которые можно адаптировать под конкретные заболевания или даже отдельных пациентов, могут стать полезным инструментом для онкологов в будущем.
В исследовании, опубликованном в Science Advances, учёные из Департамента биомедицинской инженерии и Департамента химической инженерии им. МакКетты описали разработку этих многофункциональных наногелей. После серии химических модификаций наногели способны одновременно или последовательно выполнять следующие функции: загрузка и высвобождение лекарств, реакция на уникальные pH-среды, идентификация биомаркеров, преобразование света в терапевтическое тепло и демонстрация характеристик деградации.
Исследовательская группа под руководством Николаса Пеппаса, профессора и пионера в области доставки лекарств, работала над исследованием в течение четырёх лет в Институте биоматериалов, доставки лекарств и регенеративной медицины.
Учёные синтезировали и очистили наногели, содержащие карбоновые кислоты — химические функциональные группы, распространённые в природных биологических молекулах. Эти группы позволили модифицировать (химически связать) наногели с биоактивными молекулами, такими как малые молекулы, пептиды и белки. Для адаптации наногелей к целевой и чувствительной к среде доставке лекарств потребовалась комбинация модификаций.
«Можно представить наш наногель как чистый холст, — сказал Джон Клегг, бывший аспирант, работавший над исследованием. — Сам по себе холст — это просто дерево и ткань. Точно так же наногель — простая структура (из полимерных соединительных агентов и воды). Когда его модифицируют или декорируют разными биоактивными группами, он сохраняет активность каждой добавленной группы. Таким образом, система может быть как очень простой, так и весьма сложной».
Модульный подход команды — объединение множества полезных частей в единое целое — часто применяется в других инженерных системах, включая робототехнику и производство. Исследователи применили аналогичную логику, но в наномасштабе, для разработки своих наногелей.
Исследователи указывают, что их работа также может служить основой для подходов «прецизионной медицины», где лечение пациента точно настраивается на основе известных характеристик пациента и заболевания, выявленных в диагностических тестах.
«Если наночастицы-носители, подобные нашим наногелям, должны быть полезны для применения в прецизионной медицине, они должны быть достаточно адаптируемыми, чтобы соответствовать потребностям каждого пациента, — считает Клегг. — Мы полагаем, что наш подход, при котором базовый наногель адаптируется к уникальным характеристикам отдельного пациента и обеспечивает несколько терапевтических модальностей, имеет преимущества по сравнению с разработкой множества отдельных платформ, каждая из которых доставляет только одну терапию».
Учёные уверены, что их исследование может служить практическим руководством и доказательством концепции для разработчиков наноматериалов для применения в прецизионной медицине.