CC BY
5ВКВО-2023- УМНИК-ФОТОНИКА
РАЗРАБОТКА МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ
ПОЛИМЕРНЫХ КАПСУЛ ДЛЯ ДОСТАВКИ БИОАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ
С ОДНОВРЕМЕННЫМ МОНИТОРИНГОМ ТЕМПЕРАТУРЫ
*
Герасимова Е.Н. , Зюзин М.В.
Физико-технический мегафакультет, Университет ИТМО, г. Санкт-Петербург E-mail: [email protected] DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-319-319
В настоящее время исследователи во всем мире создают различные системы для доставки лекарств и биоактивных соединений непосредственно в пораженные клетки и ткани. Такая доставка может осуществляться неинвазивно и удаленно при внешнем воздействии, например, при нагревании, индуцированном лазером. Это происходит из-за поглощения носителями световой энергии и ее преобразования в тепловую, что приводит к разрушению носителей с последующим высвобождением биоактивного вещества.[1] Однако нагрев и чрезмерное изменение температуры могут негативно влиять на различные клеточные процессы.[2] Таким образом, измерение температуры в режиме реального времени в процессе внешнего нагрева поможет избежать побочных эффектов в ходе терапии не только для прогнозирования поведения клеток, но и для предотвращения возможных побочных эффектов в ходе терапии. Для определения локальной температуры в клетках можно применять наноалмазы с азото-замещенными вакансиями. Их основным состоянием можно управлять с помощью микроволнового поля и детектировать с использованием оптически детектируемого магнитного резонанса (ОДМР) Частота ОДМР зависит от окружающей температуры, поэтому NV-центры можно применять в качестве нанотермометров в режиме реального времени. [3] Для создания многофункциональной системы для доставки биоактивных веществ с одновременным мониторингом локальной температуры необходимо интегрировать в один носитель как нанотермометры, так и наночастицы, поглощающую световую энергию и преобразующую ее в тепловую для разрушения носителя.[4] В качестве таких нагревательных элементов применяются золотые наностицы. В качестве носителями в этой работе используют многослойные полимерные полые капсулы. Их особенность заключается в том, что во время синтеза с помощью метода layer-by-layer («слой-за-слоем») в такие капсулы можно добавить различные наночастицы, радионуклиды, красители или лекарства. Морфология капсулы определяется соотношением прекурсоров в процессе синтеза. К тому же оболочка таких носителей защищает биоактивные вещества и лекарства от нежелательной деградации[5].
В этой работе мы разработали многофункциональную систему на основе полимерных капсул для одновременного измерения температуры внутри живых клеток и одновременной доставки лекарств. Для этого в полимерные капсулы требуется загрузить NV-центры, играющие роль нанотермометров, и наночастицы золота, необходимые для нагрева и последующего разрыва носителя под действием лазерного излучения. К тому же, наноалмазы и золотые наночастицы могут быть интегрированы в капсулы двумя способами: они могут быть загружены как в полость капсулы, так и вместо одного из ее слоев. Экспериментально и теоретически было показано, что количество золотых наночастиц и их локализация в носителе напрямую влияет на оптический нагрев капсулы и необходимую плотность мощность лазера, приводящую к разрыву капсулы. Благодаря этому становится возможным подобрать такую концентрацию золотых наночастиц, при которой интенсивность лазерного излучения будет минимальной. Экспериментально установлено при помощи измерения сдвига оптически-детектируемого магнитного резонанса, что разрыв капсулы происходит при 128±1,12°С. Было показано, что разработанные носители не токсичны и биосовместимы. Клеточная выживаемость при 10 добавленных капсулах на одну клетку превысила 90%. Это позволяет их использовать с живыми клетками и тканями. Таким образом, разработанная нами платформа позволяет не только осуществлять фотоиндуцированную доставку лекарств, но и контролировать локальную температуру для предотвращения нежелательного перегрева клеток и тканей.
Автор Герасимова Е.Н. благодарит за поддержку грант «Умник-Фотоника 2022» и ПАО «ПНППК». Литература
1. Muslimov A.R. et al. Biomater Sci 8, 1137-1147 (2020)
2. Choi J. et al. Proc Natl Acad Sci U S A 117, 14636-14641 (2020)
3. Acosta V.M. et al. Phys Rev Lett 104, 070801 (2010)
4. Ali M.R.K et al. Journal of Physical Chemistry C123, 15375-15393 (2019)
5. Zyuzin M.V et al. Langmuir 35, 4747-4762 (2019)
№6 2023 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2023»
