КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 19-73-10123
НазваниеМагнито-управляемые нанообъекты адресной доставки антибластомных препаратов in vivo
Руководитель Ломова Мария Владимировна, Кандидат физико-математических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" , Саратовская обл
Конкурс №41 - Конкурс 2019 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-405 - Наноструктуры и кластеры. Супрамолекулярная химия. Коллоидные системы.
Ключевые слова Наночастицы магнетита, анизотропные наночастицы, носители, переменное магнитное поле, дистанционно управляемые системы доставки, полиэлектролиты, in vivo биовизуализация, антираковые вещества.
Код ГРНТИ29.19.22 34.17.00 34.17.35
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Разработке эффективных носителей биоактивных веществ для применения в превентивной и персонализированной медицине уделяется значительное внимание исследователей в связи с острой необходимостью в таких системах на фоне роста числа заболеваний, терапия которых приводит к обширным побочным действиям на организм в целом. Эффективно работающая система доставки биологически активных соединений подразумевает решение сразу двух основных задач - доставить лекарство в область патологии без повреждения (или минимизировать такие воздействия) здоровых органов и тканей, и, что не менее важно, управляемо высвободить инкапсулированный материал и обеспечить терапевтическую дозу с заданной локализацией. Задача доставки биологически активных соединений на данный момент решается за счет активного и пассивного транспорта, что имеет ряд недостатков, основные из которых заключены в трудностях синтеза таких систем (для реально работающих моделей необходима пришивка большого числа антител с сохранением их активности, дистанционное высвобождение инкапсулированного материала, и т.д.). Впервые было показано [Voronin D. V. et al. In vitro and in vivo visualization and trapping of fluorescent magnetic microcapsules in a bloodstream //ACS applied materials & interfaces. – 2017. – Т. 9. – №. 8. – С. 6885-6893], что возможно дистанционно управлять движением нанокомпозитных носителей в живом организме с помощью магнитного поля. Данное направление находится на начальном пути своего развития, но уже имеет перспективы в тераностике. Магнитное поле (МП) может быть использовано для управления проницаемостью оболочек носителей, содержащих биоактивное вещество: последовательное применение МП различной частоты, предположительно, позволит реализовать синергетический эффект, при котором низкочастотное магнитное поле обеспечивает механические деформации внутри структуры носителя, а высокочастотное магнитное поле обеспечивает разогрев композитного материала и биоткани в области нахождения носителя. Данный эффект последовательного механического и термического воздействия переменных магнитных полей (ПМП) также планируется исследовать в настоящей работе. Успешные предпосылки для решения поставленной задачи связаны с тем, что изменение проницаемости оболочек магнитных носителей при варьировании частоты МП связано с их жесткостью, которую можно легко менять, изменяя условия синтеза носителей. Наряду с ПМП, в качестве дистанционных воздействий, стимулирующих высвобождение инкапсулированных биологически активных веществ, могут быть использованы: лазерное воздействие, ультразвук, электромагнитное излучение СВЧ диапазона. Однако, лазерное излучение не обеспечивает коллективного воздействия, т.е. одновременного изменения проницаемости оболочек большого числа носителей, а также имеет сильные ограничения по глубине проникновения в биоткань, даже в окне прозрачности биоткани, вследствие поглощения и рассеяния лазерного излучения. Ультразвуковое излучение низкой частоты (десятки кГц) трудно фокусировать из–за технических трудностей, связанных с большим размером излучающих и фокусирующих систем для данных длин волн. Высокочастотное (единицы МГц) сфокусированное ультразвуковое излучение используется в медицине для лечения рака простаты, но в этом случае используемые мощности вызывают некроз клеток опухоли. Электромагнитное излучение СВЧ диапазона характеризуется низкой селективностью воздействия. Применение МП как способа дистанционного воздействия на носители представляется наиболее перспективным, так как для него характерно наиболее глубокое проникновение в биоткани. Немаловажной является возможность дистанционной адресации композитных носителей с помощью неоднородных магнитных полей заданной конфигурации. Важно отметить, что взаимодействие МП с живым организмом достаточно изучено при разработке устройств для визуализации методом магнитно-резонансной томографии (МРТ), который в данном проекте планируется использовать для оценки биораспределения и накопления композитных носителей in vivo наряду с другими методами. Таким образом, в ходе выполнения проекта будет исследована возможность применения МП в качества фактора, обеспечивающего физическую адресацию и дистанционно управляемое высвобождение биологически активных веществ, капсулированных в композитные субмикронные носители, а также визуализация биораспределения и накопления таких композитных носителей методом МРТ. В качестве подхода к созданию композитных носителей, содержащих магнитные наночастицы, планируется использовать метод последовательной адсорбции полиэлектролитов, белков и наночастиц (LbL) из растворов [Sukhorukov G. B. et al. Stepwise polyelectrolyte assembly on particle surfaces: a novel approach to colloid design //Polymers for Advanced Technologies. – 1998. – Т. 9. – №. 10‐11. – С. 759-767; Donath E. et al. Novel hollow polymer shells by colloid‐templated assembly of polyelectrolytes //Angewandte Chemie International Edition. – 1998. – Т. 37. – №. 16. – С. 2201-2205] на поверхность и во внутреннюю полость пористых сферических частиц карбоната кальция с последующей декомпозицией последних. Было продемонстрировано создание таких нанокомпозитных микрокапсул с управляемой чувствительностью к дистанционному воздействию, например, градиенту магнитного поля [Kolesnikova T. A. et al. Visualization of magnetic microcapsules in liquid by optical coherent tomography and control of their arrangement via external magnetic field //Laser Physics Letters. – 2012. – Т. 9. – №. 9. – С. 643.], лазерному излучению [Skirtach A. G. et al. Remote activation of capsules containing Ag nanoparticles and IR dye by laser light //Langmuir. – 2004. – Т. 20. – №. 17. – С. 6988-6992], ультразвуку [Korolovych V. F. et al. Impact of high-frequency ultrasound on nanocomposite microcapsules: in silico and in situ visualization //Physical Chemistry Chemical Physics. – 2016. – Т. 18. – №. 4. – С. 2389-2397] и СВЧ-излучения [Gulyaev Y. V. et al. Decapsulation of polyelectrolyte nanocomposite microcapsules by pulsed microwave effect //Journal of Communications Technology and Electronics. – 2015. – Т. 60. – №. 11. – С. 1286-1290], путем изменения химического состава, формы и размера наночастиц в составе микрокапсул [Gorin D. A. et al. Magnetic/gold nanoparticle functionalized biocompatible microcapsules with sensitivity to laser irradiation //Physical Chemistry Chemical Physics. – 2008. – Т. 10. – №. 45. – С. 6899-6905.]. Подобные композитные комплексы полиэлектролитов и наночастиц достаточно исследованы, их состав оптимизирован, изучена биосовместимость и биодеградируемость. Однако микронный размер композитных носителей, которые до сих пор использовали в работах, может оказывать серьезное влияние на эффективность кровоснабжения при их введении непосредственно в кровоток. С этой точки зрения бесспорно актуальной и перспективной задачей является использование магнето-управляемых субмикронных носителей, оболочки которых дополнительно содержат флуоресцентную метку для биовизуализации [Kozlova A. A. et al. Polyelectrolyte Parg/DS submicrocapsules functionalized by magnetite nanoparticles as effective MR contrast agents //Journal of Physics: Conference Series. – IOP Publishing, 2018. – Т. 1092. – №. 1. – С. 012067.].
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ