Ученые предложили методы синтеза частиц карбоната кальция различной формы для доставки лекарств в клетки

Группа ученых физико-технического факультета ИТМО совместно с коллегами из Первого Медицинского Университета и Тель-Авивского университета провели комплексный анализ условий роста пористых частиц карбоната кальция различной морфологии, которые могут быть использованы как носители для доставки биоактивных веществ в клетки и ткани. Полученные образцы были протестированы на модели раковых клеток глиомы.

Нано- и микрочастицы широко используются как платформы для доставки биологически активных соединений в клетки. К основным преимуществам использования частиц-носителей можно отнести их контролируемые физико-химические свойства, увеличенную загружающую способность, стабильность в биологических жидкостях (например, кровь), а также возможность загружать частицы-носители гидрофильными или гидрофобными лекарствами. Карбонат кальция является перспективным материалом, который может быть использован в области доставки лекарств в клетки и ткани ввиду своей биосовместимости, дешевизны и деградации во внутриклеточном пространстве.

Но несмотря на ряд исследований в мировой литературе, посвященных изучению синтезу частиц карбоната кальция различной морфологии, систематически не были изучены механизмы кристаллизации частиц карбоната кальция, процесс роста частиц различной морфологии, а также зависимость морфологии частиц от кристаллической фазы карбоната кальция.

Чтобы решить эту проблему международная группа ученых из Университета ИТМО, Тель-Авивского университета и Первого медицинского университета в Санкт-Петербурге подробно изучила процесс формирования частиц карбоната кальция различной формы. В частности, влияние условий реакции (концентрации начальных реагентов, отношение реагентов между собой, время реакции, эффект добавления органических аддитивов в реакцию) на формирование частиц карбоната кальция. Более того, были изучены структурные характеристики полученных частиц карбоната кальция различной морфологии.

«Мы разделили работу на несколько этапов. Сначала мы подробно изучили процесс формирования частиц карбоната кальция при различных условиях реакции соосаждения. Затем охарактеризовали полученные частицы с помощью электронной микроскопии. Эта часть работы была проведена нами в Тель-Авивском университете. После того, как мы получили стабильные образцы частиц карбоната кальция с известной морфологией, мы решили провести ряд биологических экспериментов, которые необходимы для дальнейшего использования полученных частиц в качестве носителей биоактивных веществ в клетки», — рассказала Ландыш Фатхутдинова, магистрантом физико-технического факультета.

Ученые из Университета ИТМО совместно с коллегами из Первого медицинского университета в Санкт-Петербурге изучили влияние формы полученных частиц карбоната кальция на захват опухолевой клеткой глиомы. Более того, были проведены тесты на биосовместимость полученных частиц карбоната кальция различной морфологии. Таким образом, ученые показали, что частицы карбоната кальция с превосходными поверхностными свойствами (среди них — пористость, загружающая способность, заряд), могут быть синтезированы с различными физико-химическими свойствами: размер, форма, морфология. Стабильный контролируемый синтез таких носителей открывает широкие возможности для использования таких носителей в качестве систем для доставки биологически активных веществ в клетки.

«Эта работа является великолепным примером успешной международной и междисциплинарной коллаборации ученых. Каждый университет-участник проекта отвечал за свою часть работы. В итоге мы получили исследование, которое может найти применение в биологии и медицине», — резюмирует Михаил Зюзин, научный сотрудник физико-технического факультета Университета ИТМО и научный руководитель Ландыш Фатхутдиновой.

По материалам статьи Controllable Synthesis of Calcium Carbonate with Different Geometry: Comprehensive Analysis of Particle Formation, Cellular Uptake, and Biocompatibility; Hani Bahrom, Alexander A. Goncharenko, Landysh I. Fatkhutdinova, Oleksii O. Peltek, Albert R. Muslimov, Olga Yu. Koval, , Igor E. Eliseev, Andrey Manchev, Dmitry Gorin, Ivan I. Shishkin, Roman E. Noskov, Alexander S. Timin, Pavel Ginzburg, Mikhail V. Zyuzin; ASC Sustainable Chemisrty, январь 2020 г.

Константин Крылов