Интерфейсы газ-жидкость вызывают особый интерес в биомедицине. Микропузырьки, ультразвуковые контрастные агенты клинической практики, привлекли все большее внимание в качестве тераностических платформ благодаря сохраненному акустическому ответу, возможностям конъюгации лекарств и применимости для открытия биологического барьера.
Ученые Сколтеха, МФТИ, Института общей физики им. Прохорова РАН и ряда других учреждений продемонстрировали, что микропузырьки, состоящие из белка альбумина, являются эффективными носителями для доставки фотодинамических агентов — лекарств, используемых в передовых противораковая терапия что позволяет избежать многих побочных эффектов химио- и лучевой терапии.
Главный исследователь исследования, профессор Дмитрий Горин из Сколтех Фотоника, прокомментировал: «Фотодинамическая терапия включает введение фотосенсибилизирующего соединения в кровоток и освещение опухоли светом, длина волны которого соответствует соединению, либо через кожу, либо с помощью эндоскопа. После того, как световая энергия поглощается сенсибилизирующим агентом, это приводит к образованию свободных радикалов и агрессивной формы кислорода, которая очень целенаправленно убивает клетки в области, подверженной воздействию света».
Ведущий автор статьи, выпускник магистратуры Сколтеха Роман Бармин, сказал: «В этом исследовании мы показали на двух популярных фотосенсибилизирующих агентах, что связывание их с альбумином, белком бычьей сыворотки, приводит к их большей фотоактивности, а взбивание конъюгата белок-лекарство в пузырьках приводит к еще большему повышению эффективности. Это может быть использовано для продвижения фотодинамической терапии рака».
В эксперименте ученые использовали два коммерческих фотосенсибилизирующих вещества, чтобы показать ковалентное связывание альбумина с фталоцианином цинка и его электростатическое связывание с фталоцианином алюминия. Первый является средством фотодинамической терапии, получившим клиническое одобрение, а второй все еще проходит клинические испытания. Для «взбивания» пузырьков воздуха раствор фталоцианина-альбумина подвергали воздействию ультразвука с соответствующей частотой и температурой.
Бармин отметил, «Хотя доставка микропузырьков, как правило, является популярным подходом, это исследование является первым, в котором пузырьки альбумина используются в контексте фотодинамической терапии и работают с двумя рассмотренными нами фталоцианинами. Идея доставки микропузырьков заключается в том, что оболочка воздушного пузыря может плотно упаковать молекулы фотодинамических агентов, а пузырьки можно удобно «взорвать» медицинским ультразвуком контролируемым образом, чтобы высвободить лекарство».
Профессор Дмитрий Горин из Сколтех Фотоника прокомментировал: «Испытания показали, что доставка агента в клетки прошла успешно. Наша следующая цель — более глубокое понимание взаимодействия микропузырьков с клетками для повышения терапевтической эффективности».
Изучив характеристики микропузырьков, команда пришла к выводу, что фотодинамически конъюгированные микропузырьки имеют улучшенный профиль физико-химических свойств: пузырьки сохраняют тот же средний диаметр, что и их аналоги без фталоцианина (используемые в ультразвуковой визуализации), что выгодно для контроля их производительности, в то время как на в то же время с более высокой концентрацией пузырьков и стабильностью при хранении.
Бармин — сказал, «Следующий вопрос заключался в следующем: повысят ли микропузырьки эффективность фотодинамических агентов, которые они доставляют? Наши коллеги из Института общей физики им. Прохорова разработали методику с использованием взвеси эритроцитов, чтобы проверить именно это. Результат был ясен: для обоих агентов комплекс фталоцианин-альбумин оказался более эффективным, чем обычные фталоцианины, а доставка микропузырьков еще больше повысила фотоактивность препарата. Это происходит из-за плотной упаковки молекул в оболочке микропузырька».
Справочник журнала:
- Роман А. Бармин, Елизавета А. Макисмова и др. Микропузырьки альбумина, конъюгированные с фталоцианиновыми красителями цинка и алюминия для повышения фотодинамической активности. Коллоиды и поверхности B: Биоинтерфейсы, DOI: 10.1016 / j.colsurfb.2022.112856
