Улучшение точности доставки противоопухолевых препаратов с помощью pH-чувствительных графеновых наноносителей

Несмотря на прогресс в диагностике и лечении, рак остается одной из ведущих причин смерти в мире. Исследователи изучают инновационные методы, такие как использование инженерных наноматериалов (ENMs) для целевой доставки лекарств. Однако поведение pH-чувствительных ENMs in vivo, которые постоянно взаимодействуют с жидкостями организма, изучено плохо.

Чтобы восполнить этот пробел, международная группа ученых под руководством профессора Юты Нишины из Исследовательского института междисциплинарных наук Университета Окаямы (Япония) исследовала, как pH-чувствительные ENMs преобразуют свои свойства в динамические взаимодействия с белками и клетками in vivo. Результаты опубликованы в журнале Small 1 июня 2025 года.

Оксид графена — углеродный наноматериал — может накапливаться в опухолях благодаря эффекту повышенной проницаемости и удержания. Однако его применение ограничено, поскольку иммунная система быстро удаляет его из кровотока.

Чтобы преодолеть это, исследователи создали «зарядно-обратимый» графеновый материал. К листам оксида графена присоединили гиперразветвленный полимер — богатый аминогруппами полиглицерол (hPGNH₂), а затем добавили группу диметилмалеинового ангидрида (DMMA), чтобы сделать поверхность pH-чувствительной.

«Когда материал находится в нейтральном pH кровотока, его поверхность остается отрицательно заряженной, избегая обнаружения иммунной системой, — объясняет профессор Нишина. — Но когда он попадает в слабокислую среду опухоли, его поверхность становится положительно заряженной, что помогает ему связываться с раковыми клетками и проникать в них».

Команда проанализировала три версии этого материала (GOPG-DMMA), варьируя плотность аминогрупп в hPGNH₂: GOPGNH115, GOPGNH60 и GOPGNH30. Разница в количестве аминогрупп изменяла результирующий положительный заряд и влияла на присоединение материала.

Согласно результатам, лучший баланс безопасности в кровотоке и оптимального положительного заряда в кислой среде опухоли показал вариант GOPGNH60-DMMA. Это позволило материалу эффективнее достигать и проникать в опухолевые клетки, избегая связывания со здоровыми клетками и белками крови. Эксперименты на мышах подтвердили более высокое накопление наноматериалов в опухолях с меньшими побочными эффектами.

«Мы наблюдали, что, регулируя химию поверхности, можно контролировать поведение наноматериалов в организме, — говорит доктор Цзоу. — Успех этого точного контроля может открыть новые пути для "тераностики", объединяющей диагностику и лечение рака».

Исследование знаменует собой веху в целевой доставке лекарств и может помочь точно настроить такие pH-чувствительные наноматериалы. Полученные данные также могут помочь в доставке препаратов внутрь клеток — особенно в кислые компартменты, такие как лизосомы или эндосомы, — делая лечение более точным и снижая вред для здоровых тканей.

Исследование является частью растущего международного сотрудничества. В 2025 году Университет Окаямы и CNRS запустили международную исследовательскую программу IRP C3M, направленную на создание «умных» наноматериалов для здравоохранения.

«Теперь у нас есть конкретное руководство по улучшению эффективности pH-чувствительных наномедицинских препаратов, — сказал профессор Нишина. — С этим открытием мы на шаг ближе к будущему персонализированной медицины».