Биоинженеры НИЯУ МИФИ разработали флуоресцентные микрокапсулы для эффективного лечения раковых опухолей

Сотрудники Лаборатории нано-биоинженерии (ЛНБИ) НИЯУ МИФИ, Первого Московского государственный медицинского университета имени И.М. Сеченова и Реймского университета Шампань-Арденн (Франция) разработали систему доставки лекарств на основе флуоресцентных микрокапсул для диагностики и лечения рака. Результаты исследования опубликованы в высокорейтинговом журнале Nanomaterials (Kalenichenko, D.., Nifontova, G., Karaulov, A., Sukhanova, A., Nabiev, I. (2021) Designing functionalized polyelectrolyte microcapsules for cancer treatment. Nanomaterials, 11 (11), 3055).

Сегодня одна из приоритетных задач медицины — поиск эффективных способов направленной доставки лекарственных препаратов в пораженные ткани и клетки организма. Эта задача особенно остро стоит в терапии опухолей с применением противоопухолевых агентов, которые оказывают цитотоксическое действие не только на раковые, но и на здоровые клетки.

«Инкапсуляция лекарств в носители может замедлить растворение лекарственных веществ и обеспечить их более длительное высвобождение из носителя. Она также позволит снизить частоту приема противоопухолевых препаратов и, как следствие, уменьшить их побочные эффекты. Также важно найти или разработать агенты для точной визуализации злокачественной опухоли и ее последующей эффективной диагностики и хирургического лечения. Создание тераностических агентов, позволяющих решить эти задачи — одно из основных направлений наших исследований», — рассказал ведущий ученый ЛНБИ НИЯУ МИФИ, профессор, д.хим.н. Игорь Набиев.

Авторы исследования разработали систему доставки лекарств на основе микрокапсул размерами менее 3 мкм в диаметре с различной структурой: «ядро», «оболочка» и «ядро-оболочка». Полученные микрокапсулы содержат доксорубицин в качестве модельного противоопухолевого препарата.

«Синтезированные микрокапсулы были также кодированы флуоресцентными полупроводниковыми нанокристаллами – квантовыми точками – для детекции и визуализации. Полученные микрокапсулы продемонстрировали контролируемое пролонгированное высвобождение доксорубицина в опухолевых тканях», — пояснил Игорь Набиев.

По его словам, обработка поверхности микрокапсул антителами, распознающими маркеры раковых клеток, может обеспечить таргетную доставку противоопухолевого препарата. При этом его накопление в опухоли и в самих клетках можно будет обнаружить за счет флуоресцентной визуализации в режиме реального времени.

По мнению ученых, полученные данные открывают путь к дальнейшему использованию разработанных микрокапсул для отслеживания взаимодействия частиц с раковыми клетками за счет флуоресценции квантовых точек. Также результаты исследования помогут проводить мониторинг высвобождения и накопления лекарства в клетках во время поглощения микрокапсул.

«Сконструированные микрокапсулы имеют потенциал для использования in vivo в качестве тераностической платформы, обеспечивающей одновременную противораковую терапию и флуоресцентную детекцию опухолевых клеток», — отметил Игорь Набиев.

Журнал Nanomaterials — междисциплинарный журнал, который издается Международным институтом цифровых публикаций (MDPI). Импакт-фактор журнала более 5, и он входит в первый квартиль рейтинга JCR в категории "Прикладная физика."

На рисунке — схема приготовления микрокапсул, содержащих доксорубицин. Для получения микрокапсул с доксорубицином использовали два метода: (a) копреципитации и (b) спонтанной загрузки. Сокращения: MBs, микрочастицы; MCs, микрокапсулы, DOX, доксорубицин; 8L, слои полиэлектролитов (PAH/PSS)₄ нанесенные на поверхности микрочастиц.