I bioingegneri della RUDN University hanno creato nanocontenitori magnetici per la somministrazione intelligente di farmaci agli organi o tessuti desiderati, che riduce il rischio di effetti collaterali. Un esperimento sui topi ha stabilito che i nanocontenitori non sono tossici. I risultati dello studio sono pubblicati sulla rivista polimeri .

Gli effetti collaterali farmaceutici si verificano spesso perché il principio attivo del farmaco entra negli organi sani. È per questo, Per esempio, la chemioterapia è così difficile per i pazienti nel trattamento del cancro:i farmaci tossici colpiscono non solo le cellule tumorali, ma tutto il corpo. I sistemi di somministrazione mirata dei farmaci risolvono questo problema. Negli ultimi anni sono stati proposti molti potenziali vettori:microcapsule con un guscio di polielettroliti, liposomi artificiali di micro e nanoscala, e nanoparticelle proteiche, Per esempio. Diverse decine di farmaci confezionati in tali contenitori sono già utilizzati nella pratica o sono in fase di sperimentazione clinica.

Però, ci sono ancora molti problemi che impediscono l'uso diffuso di vettori intelligenti. Uno è che la dipendenza del processo di biodistribuzione del farmaco nei tessuti determina la dimensione dei contenitori. Più piccola è la dimensione, maggiore è la probabilità che il farmaco raggiunga l'organo corretto, e minore è la dose del farmaco richiesta, riducendo gli effetti tossici. Un altro problema è la mancanza di informazioni sulla tossicità, effetti sul corpo e distribuzione nei tessuti viventi. Entrambi questi problemi sono stati risolti con successo dai biochimici dell'Università RUDN in collaborazione con colleghi russi e britannici.

La ricercatrice del laboratorio di ingegneria delle superfici dell'Università RUDN Olga Sindeeva e i suoi coautori hanno creato contenitori sensibili ai magneti su scala submicronica:particelle di 400-600 nanometri, con un guscio di diversi strati di albumina di siero bovino (BSA) con un tag fluorescente Cy7, e acido tannico (TA).

La novità dello studio sta nel metodo per ottenere contenitori, in cui le nanoparticelle di magnetite (MNP), ossido di ferro misto (II, III) sono stati prima adsorbiti sulla superficie dei granuli porosi di carbonato di calcio, che sono stati poi rivestiti in sequenza con diversi strati di BSA-Cy7 e TA. Quindi, Il carbonato di calcio è stato lavato via dai contenitori utilizzando una soluzione acquosa con un agente chelante.

"Con questo metodo, è stato possibile raddoppiare la quantità di magnetite nei contenitori rispetto a quanto si ottiene con metodi di adsorbimento e co-deposizione. Così, è possibile aumentare il momento magnetico dei nanocontenitori e aumentare la velocità del loro movimento nel sistema vascolare, " ha spiegato Olga Sindeeva.

I bioingegneri della RUDN University si aspettano che le dimensioni inferiori al micron dei contenitori aumentino la biodisponibilità del farmaco che viene caricato nel contenitore MNP (BSA-Cy7-TA).

Esperimenti preliminari su due linee cellulari, HeLa e fibroblasti, hanno dimostrato che i contenitori non influiscono sulla vitalità cellulare e possono essere utilizzati in vivo.

I contenitori privi di farmaci sono stati quindi testati su topi BALB/c vivi di entrambi i sessi del peso di circa 20 grammi, 10 individui per gruppo. Contenitori sotto forma di sospensione in soluzione salina sono stati iniettati nella vena caudale di topi anestetizzati. Come controllo è stata utilizzata una sospensione di contenitori privi di magnetite (BSA-Cy7-TA). Quindi, una delle zampe posteriori dei topi è stata esposta a un campo magnetico per un'ora mentre l'altra è stata lasciata libera per il confronto. La distribuzione dei nanocontenitori nei tessuti dei topi viventi è stata osservata utilizzando la risonanza magnetica (MRI) e la tomografia fluorescente. Anche l'analisi magnetometrica e l'esame istologico dei tessuti dei topi post mortem sono stati eseguiti un'ora dopo la rimozione del magnete.

I biologi dell'Università RUDN hanno dimostrato che nei vasi periferici degli arti posteriori a riposo a basso flusso sanguigno, Le particelle di MNP (BSA-Cy7-TA) si muovono nella prima ora dopo l'iniezione endovenosa nella direzione dell'arto a cui è attaccato il magnete.

La risonanza magnetica ha mostrato che la concentrazione di magnetite nel muscolo vicino al magnete passa attraverso il massimo. La quantità di magnetite è risultata superiore del 70% rispetto all'arto libero. Quindi, il segnale di magnetite è sceso ai valori di fondo.

Secondo i risultati degli studi istologici e della magnetometria, i ricercatori hanno scoperto che gli MNP (BSA-Cy7-TA) si concentravano principalmente nei polmoni, e, in misura minore, nel fegato e nella milza. Inoltre, la loro concentrazione nei polmoni era da quattro a cinque volte superiore. Una piccola quantità del vettore è stata trovata anche in altri organi interni e muscoli, ma la concentrazione era significativamente inferiore a quella dei polmoni. Così, i biochimici hanno concluso che la distribuzione dei contenitori per via endovenosa dipende dall'afflusso di sangue agli organi, questo è, sulla velocità del flusso sanguigno, ma è sensibile alla localizzazione del campo magnetico.

Particolare attenzione è stata dedicata alla tossicità dei contenitori per via endovenosa e ai loro effetti sull'organismo. Test preliminari hanno dimostrato che in vitro nel plasma o nel sangue, una percentuale significativa dei contenitori viene distrutta nel corso di una giornata. I risultati degli studi suggeriscono che i contenitori hanno il tempo di raggiungere l'obiettivo con l'iniezione endovenosa. Quindi, modificando il segnale di fluorescenza, le particelle portatrici si degradano gradualmente e vengono espulse dal corpo.

Le particelle sono atossiche ed emocompatibili, e la loro dimensione permette loro di penetrare nei tessuti del corpo, ma a dosi di lavoro, non danneggiano il sistema respiratorio o circolatorio, e non influenzano le funzioni renali o epatiche. L'attivazione del sistema del complemento necessaria per la biodegradazione della membrana proteica dei contenitori non influisce sul livello dei leucociti, e quindi non porta ad alcuna infiammazione sistematica evidente.

Così, i ricercatori dell'Università RUDN sono riusciti a progettare e distribuire contenitori con un'elevata quantità di magnetite nel corpo, e gestire efficacemente il loro dispiegamento utilizzando un campo magnetico.

Nel futuro, i partecipanti al progetto intendono creare nanocapsule intelligenti in grado di fornire il farmaco all'organo corretto e aprirsi per rilasciare il principio attivo. Questo metodo di somministrazione del farmaco eviterebbe gli effetti collaterali del trattamento. Pazienti con una serie di malattie, compresi bambini o anziani con problemi di salute, potrebbero essere trattati con farmaci che altrimenti potrebbero essere evitati a causa di effetti collaterali che peggiorano le condizioni del paziente.