Используя специально разработанные наномагниты, швейцарские ученые научились успешно очищать кровь от токсинов буквально за несколько минут. Метод представляется имеющим очень большие перспективы. Если удастся внедрить его в практику, он сможет быстро и эффективно помогать людям с заражением крови.

Наномагниты имеют диаметр всего в 30 нанометров, и их грамма вполне достаточно для полного очищения всего за несколько часов крови взрослого человека при заражении определенным токсином. По крайней мере, именно такие результаты были продемонстрированы в первых in vitro экспериментах, проведенных на человеческой крови.

Темой своей докторской диссертации, написанной под руководством профессора Швейцарской высшей технической школы Цюриха (Eidgenössische Technische Hochschule Zürich – ETH Zürich) Венделина Штарка (Wendelin Stark), Инге Херрманн (Inge Herrmann) из Института химических и биоинженерных наук ETH выбрала функционализацию мельчайших магнитов для связывания с находящимися в крови болезнетворными веществами. Ученые протестировали свойства таких функционализированных наномагнитов на цельной человеческой крови. Меньше чем за пять минут магниты почти полностью связали соответствующий токсин.

«Скорость связывания молекул с магнитами зависит от константы связывания», – объясняет Херрманн. «Чем выше константа, тем быстрее антитела магнита связываются с антигеном».

После успешной процедуры связывания наномагнитов с антигенами ученые «выудили» их из крови с помощью постоянного магнита, прилегающего к внешней стороне сосуда.

Не имеющая пор гладкая поверхность магнитов обладает двумя серьезными преимуществами: большой способностью к связыванию и хорошей доступностью для веществ, которые должны быть связаны – лигандов. Это предотвращает их медленную диффузию в поры, характерную для существующих в настоящее время методов. Другим важным аспектом является то, что токсичные для организма вещества различных размеров и веса удаляются избирательно, что означает, что жизненно необходимые вещества такого же размера, например, антитела иммунной системы или белки плазмы, остаются в крови.

Если в организме в избытке присутствуют способные вызвать заболевания маленькие молекулы, такие как мочевина, калий или креатинин, они обычно удаляются из кровообращения при помощи диализа, фильтрации или абсорбции. Однако вещества, образующиеся в самом организме, или попавшие извне токсины иногда имеют слишком большие молекулы, чтобы их можно было удалить такими методами без потери для организма жизненно важным молекул.

До сегодняшнего дня единственным решением этой проблемы является полный обмен плазмы. Ученые уверены, что, если очищение крови с помощью наномагнитов будет внедрено в практику, это станет большим прорывом в медицине.

Для Херрманн же наибольший интерес представляет то, что магниты могут связывать даже самые маленькие молекулы в пикомолярном диапазоне концентраций. Это особенно важно в случае белков, которые ответственны за развитие воспалительных процессов.

В отличие от более раннего исследования, в котором использовались магниты примерно в 45 раз большие по размеру, вызывавшие разрушение эритроцитов, в этом случае ученые не смогли обнаружить какого-либо негативного влияния на физиологию крови. Магниты не оказывали влияния ни на эритроциты, ни на свертывание. Исследователи считают, что опасения относительно слишком большого поступления в кровь железа необоснованны. Во-первых, магниты находятся в углеродной оболочке, во-вторых, они очень устойчивы к кислотам и температуре. И даже если, несмотря ни на что, более половины их растворятся в крови, количество высвобожденного таким образом железа будет меньше, чем то, что назначается при лечении железодефицитной анемии.

Схема работы очищающих кровь наномагнитов. (Picture: ETH Zurich)

Сможет ли новый метод использоваться на живом организме, будет изучено в ходе следующих этапов испытаний. Если да, то он станет идеальным дополнением к традиционным методам лечения тяжелых отравлений, сепсиса, метаболических расстройств и аутоиммунных заболеваний.

Аннотация к статье: Herrmann I.K. et al.: Blood Purification Using Functionalized Core/Shell Nanomagnets