Размер частицы, куда вмонтирован препарат, влияет на его локализацию в организме

Исследователи из Университета ИТМО измерили радионуклидами частицы карбоната кальция в организме и посмотрели на их биораспределение с помощью ПЭТ-томографии. Эксперименты были проведены на живых крысах. Открытие поможет значительно продвинуться в исследовании способов таргетной доставки лекарств как одного из самых активно развивающихся направлений современной науки и медицины.

Одним из наиболее перспективных материалов на кандидатуру носителей являются частицы карбоната кальция. Однако чтобы эффективно применять такие частицы для упаковки лекарств, необходимо, во-первых, проверить их токсичность, а во-вторых, тщательно изучить, как именно они распределяются в организме. Сотрудники физико-технического факультета Университета ИТМО исследовали биораспределение частиц карбоната кальция в крысах с помощью позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), а также разработали способы запаковки радионуклидов в носители. Выяснилось, что размер частиц напрямую влияет на область их распределения внутри живого организма.

Частицы карбоната кальция подходят для различных биомедицинских применений. Они легко синтезируются и модифицируются, их можно сделать любой формы и размера, они нетоксичны и биосовместимы. Но сейчас практически нет исследований, посвященных использованию этих носителей в качестве агентов для ПЭТ. Также мало изучены и техники запаковки радионуклидов внутрь этих частиц.

Исследователи из ИТМО разработали несколько методов загрузки галлия (68Ga) в носители из карбоната кальция. Самой эффективной оказалась стратегия запаковки радионуклида непосредственно в кальций-карбонатовое ядро.

Раствор с радиомечеными носителями карбоната кальция инжектировали в хвостовую артерию крысы. Затем она помещалась в томограф, и в течение трех часов исследователи наблюдали, как частицы распределяются по организму. Для уточнения показателей ПЭТ после визуализации каждый орган крысы извлекли из тела животного и проверили на уровень радиоактивности, что полностью подтвердило результаты наблюдения.

Выяснилось, что для частиц микроразмера — то есть в районе 5 микрометров — область локализации находится в легких. А частицы субмикроразмера — около 500 нанометров — копятся в печени и селезенке.

«Сейчас мы исследовали пассивное накопление частиц. Это значит, что мы их не модифицировали никакими специальными молекулами-поисковиками либо молекулами, которые могут цепляться только к специфическим клеткам. Это наши основные, самые главные результаты, в этом была цель нашей работы. Ведь для будущих биомедицинских применений нам важно выяснить именно зону распределения частиц. Если мы говорим о микрочастицах, то они располагаются в легких. Соответственно, если в дальнейшем мы захотим проводить диагностику заболеваний конкретно легких, мы можем использовать именно микрочастицы»,— комментирует Елена Герасимова, инженер физико-технического факультета и одна из авторов исследования.

Если говорить о реальном применении результатов исследования в терапевтических целях, то это пока вопрос будущего. Однако перспективы довольно захватывающие: во-первых, дальнейшее изучение зависимости размера частиц от области их локализации и эксперименты с их уменьшением могут значительно ускорить развитие сферы таргетной доставки лекарств. Ведь теперь мы будем знать, как именно нужно модифицировать частицы, чтобы они доставили действующее вещество в нужный орган, а не просто растворились в организме. Во-вторых, in vivo-наблюдения за распределением частиц открывают возможности для диагностирования и изучения развития раковых опухолей. «Все больные ткани — например, раковые — имеют совершенно другую систему кровотока, нежели здоровые. И сама поврежденная ткань имеет очень большие поры — как раз сквозь них частицы могут гораздо проще проникать и скапливаться. Там, где они скапливаются, и обеспечивается визуализация. Так можно детектировать пораженные раком ткани и наблюдать, как развиваются раковые метастазы»,— рассказывает Елена Герасимова.

Сейчас ученые готовятся к проведению дополнительных исследований для определения эффективности метода. Исследователи планируют сосредоточиться на экспериментах с уменьшением размера частиц и их модификациями.

По материалам статьи Radiolabeling strategies of micron- and submicron sized core-shell carriers for in vivo studies; Mikhail Zyuzin, Dmitrii Antuganov, Yana Tarakanchikova, Timofey Karpov, Tatiana Mashel, Elena Gerasimova, Oleksii Peltek, Nomin Alexandre, Stphanie Bruyre, Yulia Kondratenko, Albert Muslimov, and Alexander S. Timin; журнал ACS Applied Materials and interfaces, июль 2020