Биомедицинский прорыв: углеродные наночастицы, которые можно сделать дома
Исследователи нашли простой способ получения углеродных наночастиц, которые достаточно малы, чтобы ускользать от иммунной системы организма, отражают свет в ближнем инфракрасном диапазоне для легкого обнаружения и могут доставлять лекарства к целевым тканям.
Новый подход позволяет получить частицы за несколько часов, используя всего несколько ингредиентов, включая покупную патоку. Это проще и быстрее, чем другие методы, требующие дорогого оборудования и многоступенчатой очистки, занимающей дни.
Исследование под руководством профессоров биоинженерии Университета Иллинойса Дипаньяна Пана и Рохита Бхаргавы опубликовано в журнале Small.
"Если у вас есть микроволновка и мед или патока, вы можете сделать эти частицы практически дома. Вы просто смешиваете их и готовите несколько минут, и получаете что-то похожее на уголь, но это наночастицы с высокой люминесценцией. Это одна из самых простых систем, которые мы можем себе представить. Она безопасна и легко масштабируется для будущего клинического использования", — говорит Пан.
Эти наночастицы «следующего поколения» обладают несколькими ключевыми свойствами:
- Простота обнаружения: они естественным образом рассеивают свет, что позволяет легко отличать их от тканей человека, без необходимости добавления красителей или флуоресцентных меток.
- Контролируемое поведение: частицы покрыты полимерами, которые позволяют настраивать их оптические свойства и скорость разложения в организме. В полимеры можно загружать лекарства для постепенного высвобождения.
- Маскировка от иммунитета: размер частиц составляет менее 8 нанометров в диаметре (толщина человеческого волоса — 80 000–100 000 нм). Иммунная система не распознает объекты размером менее 10 нм, что обеспечивает частицам «камуфляж».
Команда проверила терапевтический потенциал частиц, загрузив в них препарат против меланомы и создав на их основе раствор для местного применения, который наносили на кожу свиньи.
Лаборатория Бхаргавы использовала методы колебательной спектроскопии (Рамановскую и инфракрасную спектроскопию) для подтверждения молекулярной структуры наночастиц и их «груза».
Эксперименты показали:
- Частицы не высвобождали лекарство при комнатной температуре, но начинали делать это при температуре тела.
- Проникновение препарата в кожу на нужную глубину зависело от типа местного применения.
- Настройка полимерного покрытия позволяла контролировать поглощение (инфузию) частиц клетками меланомы. После поглощения клетки начинали набухать — признак надвигающейся гибели.
"Это универсальная платформа для доставки множества препаратов — от меланомы, других видов рака и иных заболеваний. Вы можете покрыть ее разными полимерами для изменения оптического отклика. Можно загрузить два, три или четыре лекарства, обеспечивая многокомпонентную терапию одними и теми же частицами", — отмечает Бхаргава.
"Используя определенную химию поверхности, мы можем менять свойства этих частиц. Мы можем заставить их светиться на определенной длине волны, а также настроить на высвобождение лекарств в присутствии клеточной среды. В этом, я думаю, красота работы", — добавляет Пан.