Ученым Калифорнийского университета в Сан-Диего (University of California, San Diego, UCSD) удалось замаскировать наночастицы под эритроциты, что позволяет «обманывать» иммунную систему и доставлять противораковые препараты непосредственно в раковую опухоль.

Сканирующая флуоресцентная микрофотография
показывает целостность полимерных наночастиц,
защищенных мембраной эритроцита, после
поглощения их раковой клеткой. Мембрана
эритроцита визуализирована зеленым красителем,
полимерное ядро наночастицы – красным,
раковая клетка – синим. (Фото: PNAS Early Edition)

Метод включает в себя забор мембраны эритроцита и «надевание» ее в качестве мощного камуфляжного плаща на наночастицу из биоразлагаемого полимера, заполненную коктейлем из низкомолекулярных лекарственных препаратов. Диаметр наночастиц – менее 100 нанометров, что примерно соответствует размерам вирусов.

«Это первая работа, представляющая комбинацию природной клеточной мембраны с синтетической наночастицей в качестве средства доставки лекарств», – говорит Лянфан Чжан (Liangfang Zhang), профессор наноинженерии Школы инженерии Джэкобса (Jacobs School of Engineering) и Онкологического центра Мyрса (Moores Cancer Center) UCSD. «Эта нанотехнологическая платформа снижает риск развития иммунной реакции».

Ученые уже в течение многих лет работают над созданием более эффективных систем доставки лекарственных препаратов, основываясь на имитации естественных структур живого организма. Это означает разработку средств, таких как наночастицы, которые могут находиться и циркулировать в организме в течение длительного времени, не будучи при этом атакованы иммунной системой. Эритроциты живут около 180 дней и, если так, являются «естественным длительно циркулирующим средством доставки», объясняет студент профессора Чжана Че-Минь Ху (Che-Ming Hu), первый автор статьи, опубликованной в раннем он-лайн издании Proceedings of the National Academy of Sciences.

Невидимые для иммунной системы наночастицы уже успешно используются в качестве средств доставки химиотерапевтических препаратов при лечении рака. Они покрыты синтетическим материалом, таким как полиэтиленгликоль, создающим защитный слой, «обманывающий» иммунную систему. Такие наночастицы имеет достаточно времени, чтобы доставить свой полезный груз. Сегодняшние средства доставки лекарственных препаратов – стелс-наночастицы – могут циркулировать в организме в течение нескольких часов. Для сравнения, наночастицы без таких специальных оболочек существуют лишь несколько минут. В экспериментах профессора Чжана мембраны эритроцитов увеличивают продолжительность циркуляции наночастиц в организме лабораторных мышей почти до двух дней.

Схематическое изображение замаскированной
мембраной эритроцита полимерной наночастицы
и ее изображение, полученное с помощью
трансмиссионной электронной микроскопии.
(Фото: PNAS Early Edition)

Использование собственных эритроцитов организма больного знаменует собой значительный прорыв в области персонализированной доставки лекарственных препаратов. Имитация наиболее важных свойств мембран красных клеток крови в синтетическом покрытии требует углубленного биологического понимания того, как на поверхности клетки функционируют все составляющие мембрану белки и липиды, с тем, чтобы быть уверенным, что будут воспроизведены именно нужные свойства.

 

Вместо этого группа Чжана просто берет всю поверхностную мембрану настоящего эритроцита.

 

«Мы подошли к этой проблеме с инженерной точки зрения и обошли всю эту фундаментальную биологию», – объясняет профессор Чжан. «Если эритроцит обладает таким-то свойством, и мы знаем, что это свойство как-то связано с его мембраной – хотя мы и не понимаем точно, что происходит на уровне белков – мы просто берем всю мембрану. Вы надеваете на наночастицу этот плащ, и наночастица выглядит, как эритроцит».

Этот прорыв может привести к более персонализированной доставке лекарств, при которой небольшой образец собственной крови пациента может дать достаточное количество необходимых мембран, чтобы замаскировать наночастицы, снизив риск иммунного ответа практически до нуля. Кроме того, использование наночастиц для доставки препаратов сводит часы внутривенных капельных вливаний лекарственных растворов к минутам, необходимым для одноразовой инъекции наночастиц, что комфортно для пациента и позволяет точно придерживаться плана лечения.

Профессор наноинженерии Лянфан Чжан (Liangfang Zhang)
(справа) и его студент Че-Минь Ху (Che-Ming Hu).
(Фото: UCSD Jacobs School of Engineering)

Одним из следующих шагов, которые планируют предпринять ученые, будет разработка методов крупномасштабного производства таких биомиметических наночастиц для клинического использования. Финансирование проекта будет осуществляться Национальным научным фондом (National Science Foundation) США. Исследователи также добавят к мембране молекулы-лиганды, что позволит частице находить раковые клетки и связываться с ними, и интегрируют свою технологию в загрузку в ядро наночастицы лекарственных препаратов с тем, чтобы одновременно доставлять несколько химиотерапевтических средств.

Одновременная доставка нескольких химиотерапевтических средств одной наночастицей важна, так как раковые клетки обладают свойством развивать резистентность к препаратам, доставляемым по отдельности. Комбинируя их и придав наночастицам способность адресно взаимодействовать с раковыми клетками, можно будет сбросить весь этот коктейль на раковую клетку, как бомбу, способную «взорвать» ее изнутри.

Исследование финансировалось грантом Национального института здравоохранения (National Institute of Health) США.

Аннотация к статье

Erythrocyte membrane-camouflaged polymeric nanoparticles as a biomimetic delivery platform