Interfejsy gaz-ciecz cieszą się szczególnym zainteresowaniem w biomedycynie. Mikropęcherzyki, ultradźwiękowe środki kontrastowe stosowane w praktyce klinicznej, cieszą się coraz większym zainteresowaniem jako platformy teranostyczne ze względu na zachowaną reakcję akustyczną, możliwości sprzęgania leków i możliwość zastosowania w otwieraniu barier biologicznych.
Naukowcy ze Skoltech, MIPT, General Physics Institute of RAS im. Prochorowa i kilku innych instytucji wykazali, że mikropęcherzyki wykonane z białka zwanego albuminą są skutecznymi nośnikami dostarczania czynników fotodynamicznych, którymi są leki stosowane w zaawansowanych terapii przeciwnowotworowej pozwala uniknąć wielu skutków ubocznych chemio- i radioterapii.
Główny badacz badania, profesor Dmitry Gorin ze Skoltech Photonics, skomentował: „Terapia fotodynamiczna polega na wstrzyknięciu do krwiobiegu związku fotouczulającego i naświetleniu guza światłem o długości fali odpowiadającej działaniu związku, albo przez skórę, albo za pomocą endoskopu. Po pochłonięciu energii świetlnej przez środek uczulający powstają wolne rodniki i agresywna forma tlenu, która zabija komórki w bardzo skupiony sposób w obszarze narażonym na działanie światła.
Główny autor artykułu, magister Skoltech Roman Barmin, powiedział: „W tym badaniu wykazaliśmy, że w przypadku dwóch popularnych środków fotouczulających wiązanie ich z albuminą, białkiem surowicy bydlęcej, powoduje ich większą fotoaktywność, a ubijanie koniugatu białko-lek w bąbelki skutkuje jeszcze większym wzrostem wydajności. Można to wykorzystać do udoskonalenia fotodynamicznej terapii nowotworów.”
W eksperymencie naukowcy wykorzystali dwie dostępne na rynku substancje fotouczulające, aby wykazać kowalencyjne przyłączenie albuminy do ftalocyjaniny cynku i jej elektrostatyczne wiązanie z ftalocyjaniną glinu. Pierwszy z nich to fotodynamiczny środek leczniczy, który uzyskał aprobatę kliniczną, natomiast drugi znajduje się nadal w fazie testów klinicznych. Aby „ubić” pęcherzyki powietrza, roztwór ftalocyjaniny-albuminy poddano działaniu ultradźwięków o odpowiedniej częstotliwości i temperaturze.
Barmin zauważył, „Chociaż dostarczanie mikropęcherzyków jest ogólnie popularnym podejściem, to badanie jest pierwszym, w którym wykorzystano pęcherzyki albuminy w kontekście terapii fotodynamicznej i pracy z dwiema rozważanymi przez nas ftalocyjaninami. Ideą dostarczania mikropęcherzyków jest to, że otoczka pęcherzyka powietrza może gęsto upakować cząsteczki środków fotodynamicznych, a pęcherzyki można wygodnie „przebijać” za pomocą ultradźwięków medycznych w kontrolowany sposób, aby uwolnić lek”.
Profesor Dmitry Gorin ze Skoltech Photonics skomentował: „Testy wykazały, że dostarczenie środka do komórek przebiegło pomyślnie. Naszym kolejnym celem jest głębsze zrozumienie interakcji mikropęcherzyków i komórek, aby zwiększyć skuteczność terapeutyczną”.
Po zbadaniu właściwości mikropęcherzyków zespół doszedł do wniosku, że fotodynamicznie sprzężone mikropęcherzyki mają ulepszony profil właściwości fizykochemicznych: pęcherzyki zachowują tę samą średnią średnicę, co ich odpowiedniki niezawierające ftalocyjaniny (stosowane w obrazowaniu ultradźwiękowym), co jest korzystne przy kontrolowaniu ich działania, przy jednoczesnej jednocześnie charakteryzując się wyższym stężeniem pęcherzyków i stabilnością podczas przechowywania.
Barmin powiedziany, „Następne pytanie brzmiało: czy mikropęcherzyki zwiększą skuteczność dostarczanych przez nie środków fotodynamicznych? Nasi koledzy z Instytutu Fizyki Ogólnej im. Prochorowa opracowali technikę wykorzystującą zawiesinę czerwonych krwinek do tego badania. Wynik był jasny: w przypadku obu środków kompleks ftalocyjanina-albumina okazał się skuteczniejszy niż zwykłe ftalocyjaniny, a dostarczanie mikropęcherzyków dodatkowo zwiększyło fotoaktywność leku. Wynika to z gęstego upakowania cząsteczek w otoczce mikropęcherzyków.”
Referencje czasopisma:
- Roman A.Barmin, Elizaveta A. Makismova i in. Mikropęcherzyki albuminy sprzężone z barwnikami ftalocyjaninowymi cynku i glinu w celu zwiększenia aktywności fotodynamicznej. Koloidy i powierzchnie B: Biointerfejsy, DOI: 10.1016/j.colsurfb.2022.112856
