Ученые Томского политехнического университета в составе научной коллаборации создали наноактуаторы для транспортировки лекарственных препаратов в мозг с помощью обонятельных рецепторов. Результаты исследований показали, что разработка политехников обладает точно направленным действием и может управляться дистанционно под действием безопасных доз магнитного поля.
Исследование ученых поддержано грантами Минобрнауки России (№ 075-15-2021-588) и Российского научного фонда (№24-43-00171). Результаты работ политехников опубликованы в журнале Journal of Controlled Release (Q1, IF: 11,5).
Несмотря на известность интраназального (через нос) способа доставки лекарств, для доставки многих существующих препаратов используют кровеносную систему, которая обладает низкой эффективностью доставки из-за защиты мозга от нежелательных воздействий – гематоэнцефалического барьера (ГЭБ). Для достижения терапевтического эффекта увеличивают дозы доставляемых лекарств по кровеносной системе, что вызывает риск негативных эффектов вследствие низкой локализации. Ранее ученые ТПУ предложили подход к увеличению эффективности доставки наночастиц-перевозчиков лекарственных средств в опухоли мозга за счет стимуляции обонятельной системы.
Ученые Томского политеха совместно с коллегами создали электроактивные наноактуаторы типа «ядро-оболочка». Их синтезировали микроволновым гидротермальным методом. Ядро наноактуатора состоит из феррита марганца, а тонкая оболочка из сегнетоэлектрического первоксита толщиной до пяти нм. Полученные наноактуаторы обладают сильным магнитоэлектрическим откликом. Это позволяет «активировать» высокоэффективную и беспроводную электростимуляцию клеток и тканей, взаимодействующих с разработанными наноактуаторами, за счет слабого внешнего магнитного поля, безопасного для тканей.
«В отличие от других методов предложенный нами подход позволяет быстро, безопасно и с использованием исключительно биосовместимых компонентов синтезировать наночастицы с тонкой оболочкой и высоким магнитоэлектрическим откликом. Но главное – весь процесс синтеза проходит без использования дополнительной высокотемпературной обработки – отжига. Это позволяет минимизировать образование крупных частиц, что затрудняло бы их дальнейшее направленное движение», — отмечает руководитель исследования, ведущий научный сотрудник международного научно-исследовательского центра «Пьезо- и магнитоэлектрические материалы» ТПУ Роман Чернозем.
Политехники провели комплекс экспериментов синтезированных наноактуаторов: in vitro на культурах головного мозга, ex vivo на срезах гиппокампа мышей и in vivo на обонятельной системе мышей. Проникновение и движение наностимуляторов и лекарств отслеживали с помощью просвечивающей электронной микроскопии, флуоресцентной микроскопии и магнитно-резонансной томографии как в обонятельных луковицах, так и в мозге.
Результаты исследований показали, что наноактуаторы легко поглощаются нейронами: под воздействием магнитного поля наночастицы преобразовывают электрические импульсы в химические сигналы и активируют внутриклеточные процессы, ускоряя транспортировку препаратов из носа в мозг. При этом процесс управления активностью нейронов проходит без нарушения функций эпителиального барьера.
«Благодаря точной локализации, управляемости процесса доставки до нужных участков мозга и неинвазивной природе наши наностимуляторы позволяют обеспечить высокую эффективность интраназальной доставки различных биомолекул и лекарств, направленных для лечения как нейродегенеративных заболеваний, так и онкологии. Это открывает дополнительные возможности для решения проблем современной нейромедицины», — добавляет директор международного научно-исследовательского центра «Пьезо- и магнитоэлектрические материалы» ТПУ Роман Сурменев.
В исследовании приняли участие ученые Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политеха, Института цитологии и генетики СО РАН, Федерального исследовательского центра информационных и вычислительных технологий, ООО «ЛИФТ», ТГУ, Института катализа им. Г.К. Борескова, Федерального центра исследований мозга и нейротехнологий, Института химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского, Института физики прочности и материаловедения СО РАН, Института материалов Авейру (Португалия), Сычуаньского университета (Китай), Университета Дунхуа (Китай) и Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН.
Источник: Минобрнауки РФ
