Группа китайских ученых из Чжэцзянского университета (Zhejiang University) создала наночастицы, которые реагируют на изменение кислотности образованием агрегатов. Ученые надеются, что их работа поможет в доставке лекарственных препаратов в опухоли с более кислой, чем в здоровых тканях средой. Новые наночастицы обладают большим преимуществом: они остаются в раковых опухолях дольше, чем другие чувствительные к рН наноструктуры.

Чтобы получить наноструктуры, способные накапливаться в опухолевой ткани, ученые покрыли наночастицы золота цвиттер-ионами – в целом электронейтральными, но несущими как отрицательный, так и положительный заряды молекулами. С точки зрения поиска «волшебной пули» для доставки противораковых препаратов, токсичный груз которых высвобождается в опухоли, не повреждая здоровые ткани, это весьма ценное свойство.

После тестирования in vitro наночастицы, покрытые 11-меркаптоундекановой кислотой (11-mercaptoundecanoic) и (10-меркаптодецил)триметиламмонийбромидом ((10-mercaptodecyl)trimethylammonium bromide), были протестированы в серии in vivo экспериментов на мышах. рН-чувствительные наночастицы, созданные другими исследовательскими группами, получены путем присоединения к ним полиэтиленгликоля (ПЭГ), поэтому время задержки новых наночастиц в опухолевой ткани оценивалось в сравнении с пегилированными наночастицами. Тесты показали, что через 24 часа количество оставшихся в опухолях наночастиц с цвиттер-ионами было примерно в два раза больше.

Так как наночастицы, диаметром около 16 нм, переходили из крови с рН 7.4 в опухоль с рН 6.5, они выводились из организма гораздо медленнее. Эти результаты разрывают замкнутый круг проблем доставки препаратов с помощью наночастиц, суть которого в следующем: наночастицы небольшого размера, около 20 нм в диаметре, глубоко проникают в опухолевую ткань, но обычно не задерживаются в организме больше 24 часов, в то время как более крупные наночастицы, около 100 нм, имеют больше шансов остаться в опухоли, но из-за своих размеров не могут уйти далеко от кровеносного сосуда и проникнуть в глубокие слои новообразования, а, значит, менее эффективны в доставке своего смертоносного груза.

Решение проблемы эффективного накопления наночастиц в опухолевой ткани лежит в области правильного подбора цвиттер-иона. В слабощелочной среде отрицательно заряженные карбоксильные группы электростатически отталкивают наночастицы друг от друга. Но в условиях более низкой кислотности в опухолевой ткани все больше и больше карбоксильных групп протонируются; электростатическое отталкивание между этими группами становится все меньше и меньше, пока водородные связи и силы Ван-дер-Ваальса не преодолевают его, «принуждая» наночастицы к агрегации.

Цвиттерионные наночастицы золота (AuNPs) демонстрируют быстрый, сверхчувствительный и обратимый ответ на изменение рН от 7.4 до 6.5, что позволяет наночастицам
хорошо диспергироваться при рН 7.4 с отличной стелс-способностью противостоять поглощению макрофагами, в то время как быстрая агрегация при рН 6.5 приводит к значительному повышению их поглощения раковыми клетками. Эксперименты in vivo показали, что цвиттерионные AuNPs имеют значительное время полужизни в крови с гораздо более высоким накоплением в опухоли и большим временем нахождения в ней, а также усиленным поглощением клетками, чем нечувствительные пегилированные AuNPs. Таким образом, контролируемая агрегация чувствительных к опухолевому микроокружению наночастиц может служить универсальной стратегией увеличения времени нахождения неорганических наночастиц в опухоли и повышения их поглощения клетками, а модификация наночастиц цвиттер-ионами может обеспечить простой способ одновременного приобретения ими стелс-свойств и рН-чувствительности. (Рис. ACS Nano)

По мнению профессора Цзянь Цзи (Jian Ji), старшего автора статьи, опубликованной в журнале ACS Nano, рН-чувствительность наночастиц открывает и много других возможных направлений в исследованиях, так как «градиент рН является одним из наиболее характерных параметров … внутренней среды опухоли, других патологических тканей и клеточных органелл». рН-чувствительные наночастицы имеют «аналогичный с ПЭГилированными наночастицами период полураспада в крови, но … гораздо более высокую степень накопления в опухолях», добавляет ученый.

Доктор Рафаэль Леви (Raphaël Lévy) из Ливерпульского университета (Liverpool University), Великобритания, высоко оценивает то, что китайским ученым удалось подтвердить свои результаты в экспериментах на животных, не ограничиваясь, в отличие от других групп, исследованиями in vitro. Однако он выражает обеспокоенность тем, что, «так как длительный период присутствия наночастиц в опухоли основан на их агрегации, для работы этого механизма в организме человека потребуются большие дозы».

Оригинальная статья:

Enhanced Retention and Cellular Uptake of Nanoparticles in Tumors by Controlling Their Aggregation Behavior