ВЫПУСК 8

Механизированные нанокапсулы для доставки лекарств

Исследователи из США разработали наноразмерную систему для доставки лекарств, высвобождающую свое содержимое при специфическом значении pH, это свойство может оказаться особенно полезным для контролируемой доставки противораковых препаратов.

Многие противораковые препараты отличаются высокой токсичностью, благодаря которой необходима доставка этих препаратов непосредственно в клетки опухоли; такой метод доставки лекарства позволит избежать повреждения здоровых тканей и проявления побочных эффектов различного характера. Можно сказать, что ряд подходов к разработке систем доставки лекарств отмечен определенными успехами, практически нерешенными являются вопросы, связанные с высвобождением лекарств в ответ на строго определенные биологические условия.

Новый совместный проект исследователей из Северо-западного Университета и Университета Калифорнии под руководством Фрейзера Штоддарта (Fraser Stoddart) вылился в разработку «механизированных» наночастиц, высвобождающих свое содержимое, реагируя на изменения рН.

Сердцем новой системы является наночастица из мезопористого оксида кремния диаметром 200 нм. Эта частица легко абсорбируется клеткой и переносит лекарства. Однако без «наноклапанов», разработанных в группе Шдоддарта, переносимое лекарство может просочиться через поры наночастицы. «Наноклапана» похожи на «черенки», несущие циклическое соединение, например циклодекстрин или кукурбитурил, они контролируют высвобождение груза из центра мезопористой частицы. «Черенки» предствляют собой триаминовые фрагменты, в которых атомы азота разделены короткими углеродными цепями таким образом, чтобы между азотсодержащим фрагментом и атомами кислорода циклодекстрина или кукурбитурила могла возникнуть водородная связь: две амино-группы, расположенные поблизости от наночастицы, разделены четырьмя атомами углерода, в то время как терминальный азот, входящий в состав анилинового фрагмента, отделен от центрального атома азота шестью атомами углерода.

Для демонстрации возможностей полученной системы в наночастицы инкапсулировали флуоресцентный краситель, который часто используется при изучении клеток. Особенности высвобождения этого красителя изучали, измеряя люминесценцию. При pH 6.5 краситель оставался в «носителе», не покидая его, более 30 минут, при уменьшении значения pH до 3.4 происходило немедленное выделение всего красителя, загруженного в наноконтейнер.

При значении pH меньшей, чем 5.4, все азотсодержащие фрагменты стержня-клапана протонируются, циклодекстриновая или кукурбитуриловая «задвижка» принимает положение «открыто», позволяя молекулам выходить из и входить в наночастицу. Увеличение значения рН приводит к депротонированию анилинового фрагмента и переходу макроцикла в положение «закрыто», которое не дает переносимым молекулам покидать нанокапсулу. Значение рН перехода (и, соответственно, рН высвобождения содержимого капсулы) может быть подстроено за счет введения заместителей в анилиновый фрагмент.

Источник: J. Am. Chem. Soc., 2009, DOI: 10.1021/ja9010157

Источник: ChemPort.Ru

"Умная" одежда следит за здоровьем

Традиционные сенсоры, отслеживающие состояние здоровья, обладают рядом недостатков: они громоздкие, неудобно крепятся к телу и требуют проводного соединения с передатчиком. Греческие медики решили отказаться от подобных устройств и предложили прятать необходимоe оборудование непосредственно в текстиль одежды.

Идея, казалось бы, лежит на поверхности, но на самом деле этой задумке предшествовало несколько лет испытаний беспроводной наноэлектроники на предмет безопасности для человека и удобства эксплуатации. Лишь убедившись в том, что их разработка соответствует всем нормам, медики представили ее общественности.

Удаленный мониторинг идеально подходит для пациентов, страдающих хроническими заболеваниями или проходящих восстановительный период после операции, – рассказывает Теодоре Вонтетсианос, руководитель Отдела электронного здоровья в Главном кардиологическом госпитале Сотирия (Афины, Греция). – Им больше не понадобится проводить много времени в больницах для постоперационного наблюдения или часто посещать врачей".

Вонтетсианос и его подразделение много лет участвуют в общеевропейской программе «Здоровая волна», которая объединила усилия производителей «умных» тканей, разработчиков программного обеспечения, врачей и телекоммуникационных провайдеров. Все они сконцентрировали свои усилия на создании уникальной системы дистанционного мониторинга состояния здоровья.

Сенсоры вшиты в одежду так, что их присутствие не ощущается«, – продолжает Вонтетсианос. – "Единственное устройство, которое пациент должен носить с собой – небольшой аппарат, размером с мобильный телефон. Это передатчик, который собирает медицинские показатели и переправляет их лечащему врачу».

Система состоит из шести контактов для снятия электрокардиограммы, датчика дыхательных функций, измерителей пульса и температуры кожи. Дополнительно могут быть установлены внешний оксиметр, замеряющий уровень кислорода крови по цвету капилляров, и пространственный акселерометр, который следит за положением тела пациента в пространстве.

Все собранные данные шифруются и передаются при помощи специально выделенного GPRS-канала на центральный сервер. Если показания датчиков в норме, информация помещается в архив – электронную медицинскую карту больного. Однако если снятые показания говорят об ухудшении состояния пациента, сигнал перенаправляется к лечащему врачу, а в критических ситуациях – на станцию «скорой помощи».

Проводимые греческими медиками клинические испытания «заботливой» одежды демонстрируют отличные результаты. Участники проекта «Здоровая волна» уверены, что уже в ближайшие два года новинка будет внедряться по всей Европе. Это поможет не только круглосуточно следить за состоянием тысяч больных, но и существенно облегчит нагрузку на больницы, освободив места в палатах.

Источник: NanoNewsNet

Сенсор для анализа ДНК

Учёные разработали новый электронный сенсор, позволяющий по анализу ДНК точно диагностировать наличие заболеваний. Кроме того, он может помочь криминалистам в раскрытии преступлений.

Исследователи из Сингапура создали новый альтернативный тест на ДНК, позволяющий сделать анализ быстрее, удобней и дешевле.

Исследователи разработали наноразмерный сенсор, содержащий два электрода, зазор между которыми составляет 1/50 000 толщины человеческого волоса (5—20 нм). Поверхности электрода покрыты химическими соединениями, которые очень специфичны по отношению к молекулам нуклеиновых кислот и улавливают только те крошечные сегменты ДНК, которые имеют с ними сродство. В результате схема замыкается, электрический сигнал транслируется на выводящее устройство и анализируется при помощи компьютерной программы. Таким образом, можно точно диагностировать, например, наличие вирусов в исследуемом образце.

В последнее время такие «лаборатории-на-чипе» (lab-on-chip) всё чаще используются для диагностики заболеваний и в криминалистике.

Основу существующих в настоящее время методов обнаружения ДНК составляет полимеразная цепная реакция (ПЦР). Она позволяет нарабатывать в большом количестве молекулы ДНК, обнаруженных в пробе в следовых концентрациях. После этого генетический материал становится более доступным для распознавания. Но именно ПЦР делает существующие методики более долгими, сложными и дорогими.

Результаты работы опубликованы в Journal of the American Chemical Society.

Елена Новосёлова

Источник: S&T RF

Саратовские ученые покрывают микрокапсулы нанозолотом

Группа ученых из Саратовского государственного университета под руководством Дмитрия Александровича Горина разработала новую методику создания суспензий нанокомпозитных микрокапсул с вкраплениями частиц из золота и магнетита.

Оболочка таких капсул состоит из полиэлектролитов — полимеров, в состав молекул которых входят группы, способные к ионизации в растворе.

Микрокапсулы, в оболочку которых включены различные наночастицы, приобретают новые замечательные свойства. Например, появляется возможность управлять физико-химическими параметрами их (такими, как проницаемость) оболочки, и даже их перемещениями в организме. Микрочастицы с наночастицами из золота и серебра становятся чувствительны к лазерному излучению, а микрокапсулы с магнитными наночастицами — к внешнему магнитному полю.

Ученые получают микрокапсулы методом полиионной сборки. Этот метод заключается в послойном осаждении противоположно-заряженных макромолекул и/или наночастиц. Микрочастицы из полистирольного латекса несколько раз последовательно помещают в нужный полиэлектролит или суспензию наночастиц золота (5, 10, 15 нм) и магнетита, а затем перемешивают, пока на поверхности микрочастиц не образуется слой полиэлектролита или наночастиц. После этого их подвергают центрифугированию и промывают.

В результате получаются сферические микрокапсулы с различными характеристиками (размер, толщина оболочки, число слоев), зависящими определенным образом от контролируемых параметров процедуры получения.

Работа поддержана российско-немецким проектом DFG (436 RUS 113/844/0-1) грантом РФФИ (грант номер 06-02-04009).

Дмитрий Чулкин

Источник: Российский электронный наножурнал

Золотой подарок для иммунитета

Многим известно о том, что серебро обладает обеззараживающими свойствами. Однако, как выяснилось, это не единственный драгоценный металл, способный работать во благо здоровья человека.

Саратовские специалисты предлагают создавать вакцины против вирусных и бактериальных инфекций с помощью наночастиц золота. Как оказалось, этот драгоценный металл может успешно выступать в качестве носителя антигенов различных опасных для здоровья возбудителей, стимулируя организм вырабатывать антитела и, таким образом, защищаться от болезни. Возможно, коллоидное золото поможет медикам найти эффективный метод предотвращения заболеваемости такими страшными недугами, как СПИД и гепатит С, а также найти новые способы контроля за эффективностью применения тех или иных лекарственных препаратов.

Многим известно о том, что серебро обладает обеззараживающими свойствами. Однако, как выяснилось, это не единственный драгоценный металл, способный работать во благо здоровья человека. Специалисты саратовского Института биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН разработали технологию активации иммунной защиты против инфекционных заболеваний с помощью микрочастиц золота. Ученые из лаборатории иммунотехнологий во главе с Львом Дыкманом провели работу, в которой доказали, что к золотым наночастицам можно присоединять антигены возбудителей бактериальных инфекций и, внедряя их в организм, стимулировать выработку антител.

Саратовские исследователи «пришивали» к коллоидному золоту «вражеские» антигены и вводили полученные конъюгаты лабораторным животным. Результаты воодушевили ученых. Иммунизация запускала работу лимфоцитов в организме и приводила к стойкому иммунному ответу. Исследователи считают, что с помощью такой «золотой» во всех смыслах технологии можно будет создавать вакцины нового поколения, в том числе от таких опасных болезней, как СПИД, разные формы гепатитов, туберкулез и энцефалит. Кроме того, наночастицы драгоценного металла способны вызывать иммунную реакцию на низкомолекулярные антигены — гаптены, к которым организм до сих пор не умел вырабатывать антитела. Эта технология позволит контролировать взаимодействие организма с витаминами, гормонами и антибиотиками.

То, что микроскопические частицы золота могут выступать в роли эффективных носителей различных веществ, заявлялось в науке неоднократно. Группа Дыкмана вплотную занялась исследованием этой технологии. В ходе работы ученые доказали, что наноразмерные частицы золота легко и без использования специальных сшивающих агентов соединяются с различными по химической природе антигенами, в том числе низкомолекулярными гаптенами. Получаемые структуры активируют фагоцитарную активность макрофагов и влияют на функционирование лимфоцитов.

В ходе иммунного ответа к микробным антигенам в плазме крови начинают вырабатываться антитела, пытающиеся их нейтрализовать. А если «золотой» конъюгат образован с не проявляющими иммуногенных свойств гаптенами, то организм синтезирует антитела, контроль за которыми может позволить медикам внимательно следить за реакцией организма на введенные гормоны и лекарственные препараты. Коллоидное золото не токсично и является биосовместимым материалом. А уникальные биофизические свойства частицы драгоценного металла, в частности, поверхностный заряд и электростатическое поле, определенным образом меняющие заряд, ориентацию и поляризацию антигенов, оказывают существенное влияние на механизм иммунного ответа.

Лев Дыкман, руководитель проекта, комментирует: «Наша работа показывает принципиальную возможность целенаправленного активировать клетки, с последующей активацией теми макрофагов и уничтожением возбудителя, что, безуслово, кажется весьма перспективным для создания вакцин нового поколения».

Работа саратовских ученых частично поддержана грантами Российского Фонда Фундаментальных Исследований.

Источник: S&T RF

Диализ для наночастиц

Казуюки Курода (Kazuyuki Kuroda) с коллегами из Университета Васеда разработали новый способ синтеза наночастиц коллоидного мезопористого оксида кремния [colloidal mesoporous silica nanoparticles (CMSS)].

Исследователи продемонстрировали, что они могут удалить поверхностно-активные вещества с помощью диализа, в ходе которого дисперсия частиц сохраняется.

Коллоидные наночастицы привлекают большое внимание исследователей, поскольку они могут применяться во многих областях, в особенности – для биомедицинских приложений.

Описано большое количество методов получения подобного материала, однако при получении коллоидных наночастиц обычными методами используется поверхностно-активное вещество, при удалении которого может происходить агрегация наночастиц. Диализ, использованный Куродой, позволяет избавиться от общего недостатка, исследователи продемонстрировали, что с помощью нового метода можно получить частицы CMSS различных типов, размер которых будет менее 20 нм.

В группе Куроды также было показано, что диспергированные наночастицы могут поглощать молекулы гостей. Помимо этого обстоятельства диаметр наночастиц может быть понижен за счет изменения использованного оксида кремния. Полученные частицы CMSS можно рассматривать как неорганические вирусоподобные частицы, которые потенциально могут применяться для замены ферритинов – глобулярных белков, содержащихся в клетках прокариотов и эукариотов.

Курода уверен, что дальнейшая оптимизация как условий получения CMSS, так и удаления шаблона наряду с уменьшением масштабов приборов и аппаратов, используемых в новой методике позволит контролировать не только размер образующихся наночастиц, но и число мезопор в частицах.

Источник: Chem. Commun., 2009; DOI: 10.1039/b908625k

Источник: ChemPort.Ru