Gass-væske-grensesnitt får en spesiell interesse for biomedisin. Mikrobobler, ultralydkontrastmidler av klinisk rutine, fikk økende oppmerksomhet som teranostiske plattformer på grunn av den bevarte akustiske responsen, medikamentkonjugeringsevnen og anvendeligheten i biologisk barriereåpning.
Forskere ved Skoltech, MIPT, Prokhorov General Physics Institute of RAS og flere andre institusjoner har vist at mikrobobler laget av et protein kalt albumin er effektive bærere for levering av fotodynamiske midler, som er medisiner som brukes i avanserte kreftbehandling som unngår mange av bivirkningene av cellegift- og strålebehandling.
Studiens hovedetterforsker, professor Dmitry Gorin fra Skoltech Photonics, kommenterte, "Fotodynamisk terapi innebærer å injisere en fotosensibiliserende forbindelse i blodet og belyse svulsten med lys hvis bølgelengde matcher forbindelsen, enten gjennom huden eller med et endoskop. Etter at lysenergi er absorbert av sensibiliseringsmidlet, gir dette opphav til frie radikaler og en aggressiv form for oksygen, som dreper celler på en veldig fokusert måte i området som er utsatt for lys.
Hovedforfatteren av artikkelen, Skoltech MSc-utdannet Roman Barmin, sa: "Det vi gjorde i denne studien er at vi viste på to populære fotosensibiliserende midler som binder dem med albumin, et bovint serumprotein, resulterer i deres større fotoaktivitet, og å piske opp protein-legemiddelkonjugatet til bobler resulterer i en enda større effektivitetsøkning. Dette kan brukes til å fremme fotodynamisk kreftbehandling."
I eksperimentet brukte forskerne to kommersielle fotosensibiliserende stoffer for å vise albumins kovalente binding til sinkftalocyanin og dets elektrostatiske binding til aluminiumftalocyanin. Førstnevnte er et fotodynamisk behandlingsmiddel som har fått klinisk godkjenning, mens sistnevnte fortsatt er under klinisk testing. For å "piske opp" luftbobler ble ftalocyanin-albuminløsningen utsatt for ultralyd ved riktig frekvens og temperatur.
Barmin bemerket, "Selv om levering av mikrobobler generelt er en populær tilnærming, er denne studien den første som bruker albuminbobler i sammenheng med fotodynamisk terapi og til å jobbe med de to ftalocyaninene vi vurderte. Ideen bak levering av mikrobobler er at skallet til en luftboble kan pakke molekylene til fotodynamiske midler tett, og bobler kan enkelt "sprettes" av medisinsk ultralyd på en kontrollert måte for å frigjøre stoffet."
Professor Dmitry Gorin ved Skoltech Photonics kommenterte, "Tester indikerte at agentlevering til celler var vellykket. Vårt neste mål er en dypere forståelse av mikroboble-celle-interaksjoner for å forbedre terapeutisk ytelse."
Etter å ha undersøkt mikroboblekarakteristikker, konkluderte teamet med at fotodynamisk konjugerte mikrobobler har en forbedret fysisk-kjemisk egenskapsprofil: Boblene opprettholder samme gjennomsnittlige diameter som deres ftalocyaninfrie motstykker (brukt i ultralydavbildning), noe som er fordelaktig for å kontrollere ytelsen, mens de samtidig ha en høyere boblekonsentrasjon og lagringsstabilitet.
Barmin sa, «Det neste spørsmålet var: Vil mikrobobler øke effektiviteten til de fotodynamiske midlene de leverer? Våre kolleger fra Prokhorov General Physics Institute har utviklet en teknikk som bruker en suspensjon av røde blodlegemer for å teste nettopp det. Resultatet var klart: For begge midlene viste ftalocyanin-albumin-komplekset seg mer effektivt enn vanlige ftalocyaniner, og tilførsel av mikrobobler økte medikamentets fotoaktivitet ytterligere. Dette skyldes den tette molekylpakken i mikrobobleskallet.»
Tidsreferanse:
- Roman A. Barmin, Elizaveta A. Makismova et al. Albuminmikrobobler konjugert med sink- og aluminiumftalocyaninfargestoffer for forbedret fotodynamisk aktivitet. Kolloider og overflater B: Biogrensesnitt. GJØR JEG: 10.1016/j.colsurfb.2022.112856
