Магнитные нанокапсулы со структурой ядро / оболочка давно рассматриваются в качестве носителей лекарств для их адресной доставки. Тайванские ученые вновь предложили один из вариантов создания таких капсул. В качестве сердцевины капсулы они взяли наночастицы оксида железа и термочувствительный блоксополимер плюроник F68, представляющий собой цепочку чередующихся полиэтиленоксида и полипропиленоксида. Роль оболочки играет ультратонкая пленка оксида кремния, регулирующая выход лекарств из капсулы до и после воздействия магнитного поля.

На рисунке 1.а можно видеть схему синтеза. На первом этапе магнитные наночастицы смешивали с гидрофобным лекарством в органическом растворителе для формирования однородной массы. Затем с использованием миниэмульсии, применяя в качестве связующего плюроник и поливиниловый спирт, были получены самоорганизующиеся нанокомпозиты. Благодаря тому, что ПВС и плюроник являются амфифильными, магнитные наночастицы отделились от гидрофобного лекарства в отдельные агломераты. После постепенного испарения органического растворителя произошла инкапсуляция наночастиц и лекарства вследствие возникновения водородных связей и диполь-дипольных взаимодействий между гидроксильными группами ПВС и плюроника и поверхностью оксида железа. После этого полученные нанокомпозиты были покрыты слоем оксида кремния с помощью гидролиза и конденсации тетраэтоксисилана.

Рис.1. (а) Схема синтеза капсул. Данные TEM полученных капсул (b). Данные SEM для капсул (с). Данные ТЕМ кристаллической решетки наночастицы оксида железа.

В работе варьировали количества ПВС, плюроника и наночастиц, чтобы изучить влияние состава на термочувствительность. По данным TEM (рис. 1.b) капсулы имеют средний диаметр около 76 нм и покрыты оболочкой толщиной около 7 нм. На каждую капсулу приходится 2–5 наночастиц, а полимерная матрица занимает большую часть объема, но предоставляет достаточно места для загрузки лекарств. По данным SEM и TEM зазоров между сердцевиной и оболочкой не наблюдалось. Покрытие из оксида кремния плотное и протяженное. Защитная «скорлупа» достаточно хорошо предотвращает преждевременный выход содержимого капсулы наружу. Только 6% лекарства (в качестве примера взяли ибупрофен) просочилось из оболочки за 48 часов (рис.2.а). Термочувствительность капсул основана на поведении блоксополимера, имеющего критическую температуру мицеллообразования, достижение которой сопровождается резким изменением объема. На рис. 2.b. представлена зависимость объема ядра капсул (без оболочки) от температуры. Видно, что в интервале 45–50°С происходит резкая «усадка» капсул.

Рис. 2. (а) Совокупный выход ибупрофена из капсул без оболочки (слева) и с оболочкой (справа) из оксида кремния. (b) Зависимость диаметра капсул от температуры. (с) Совокупный выход ибупрофена для капсул с различным составом сердцевины (при увеличении содержания пироника выход лекарства растет) под воздействием магнитного поля. (d) Данные ТЕМ для капсулы после воздействия магнитного поля (произошло разрушение оболочки).

При воздействии магнитного поля наночастицы оксида железа нагреваются, и таким образом можно осуществить быстрый выброс лекарств при минимальном воздействии температуры на живые клетки. На четвертой минуте воздействия магнитным полем 2,5 кА/м частотой 50кГц был зарегистрирован большой выброс ибупрофена (рис.2.с). При повышенном содержании пироника резкое увеличение выхода лекарства происходило уже на первой минуте. По данным биологических испытаний капсулы биосовместимы и хорошо осаждаются на клетках (рис.3.а-c). Также их можно использовать в качестве агентов для магнитной томографии (рис.3.d).

Рис. 3. Изображения колонии клеток в растворе с исследуемыми капсулами, полученные с помощью конфокального микроскопа, после (а) четырех часов; (b) суток. Капсулы изображены зелеными точками. (d) Магнитная томография мозга крысы до введения капсул и после.

Результаты исследований опубликованы в статье:

Shang-Hsiu Hu, You-Yin Chen, Ta-Chung Liu, Tsan-Hua Tung, Dean-Mo Liu and San-Yuan Chen Remotely nano-rupturable yolk/shell capsules for magnetically-triggered drug release.  – Chem. Commun. – 2011. – Advance Article; DOI: 10.1039/C0CC03998E.