Ученые Калифорнийского института наносистем (California NanoSystems Institute) Университета Калифорнии – Лос-Анджелес (University of California – Los Angeles – UCLA) и корейского Университета Йонсей (Korea's Yonsei University) разработали инновационный метод, позволяющий молекулярным наномашинам выделять лекарственные препараты внутри живых раковых клеток при активации удаленным переменным магнитным полем.

Новая система – первое использование класса пористых наноматериалов, приводимых в действие магнитным ядром  – может улучшить как адресную доставку лекарственных препаратов, так и магнитно-резонансную визуализацию при лечении рака и других заболеваний.

Исследование опубликовано в журнале Journal of the American Chemical Society.

В последние годы исследования рака сосредоточены на развитии методов лечения, которые, в отличие от химиотерапии, воздействуют только на раковые клетки, не нанося вреда здоровым. С учетом этого ученые создали молекулярные наномашины, которые могут выделять лекарственные молекулы из пор непосредственно в отдельную раковую клетку в ответ на определенный стимул.

Несмотря на то, что разработано много методов, регулирующих, как и когда поры загружаются своим полезным грузом и выгружают его, для получения наиболее эффективных результатов при практическом клиническом применении внешние и неинвазивные методы активации являются, безусловно, более предпочтительными.

Новый метод, разработанный исследовательской группой профессора кафедры химии и биохимии UCLA Джеффри Зинка (Jeffrey Zink) и профессором кафедры химии корейского университета Йонсей Джинву Чоном (Jinwoo Cheon), использует материал, сочетающий в себе каркас из мезопористых наночастиц кремнезема с магнитным нанокристаллом оксида железа, допированным цинком, и прикрепленные наноклапаны, которые помогают задерживать в порах молекулы лекарственного препарата. При включении в качестве внешнего стимула магнитного поля клапаны открываются и выделяют молекулы из пор в клетки-мишени.

«Гидрофобный характер внутренней части пор наряду с возможностью функционализировать поверхность кремнезема гидрофильными соединениями делают эти частицы перспективными с точки зрения доставки противораковых препаратов»,– говорит Зинк. «Добавление к кремнеземным наночастицам магнитного ядра представляет интерес для их потенциального применения в магнитно-резонансной томографии, так как магнитное ядро может сделать их хорошим контрастным агентом».

Суть метода сводится к следующему: наночастицы, несущие противораковый препарат доксорубицин, поглощаются клетками рака молочной железы. Под воздействием переменного магнитного поля раковые клетки, содержащие наночастицы, погибают.

«Новые кремнеземные наночастицы с магнитным ядром эффективно активируют наноклапаны, которые выделяют противораковые препараты под воздействием переменного магнитного поля», – объясняет Зинк.

Колебания магнитного поля вызывают нагревание допированного цинком нанокристалла оксида железа. Это нагревание активирует молекулярную машину, и доксорубицин выделяется из пор в клетки.

«Магнитные нанокристаллы имеют большое значение для биомедицины, так как могут использоваться как в терапевтических целях, так и для визуализации», – отмечает профессор Чон.

Способность выделять противораковые препараты только в раковые клетки и не оказывать отрицательного влияния на здоровые ткани имеет решающее значение.

Следующим шагом в исследовании будет изучение метода in vivo и анализ того, возможно ли его использование для обеспечения точного контроля за локализацией выделившихся лекарственных препаратов. Конечной целью ученых является разработка системы, которая будет применяться для лечения больных.

Изображение наночастиц (зеленые), поглощенных клетками рака молочной железы. На контрольном образце (слева) магнитное поле не включено. На образце, подвергнутом воздействию магнитного поля (справа), антиканцерогенный препарат доксорубицин (красный) выделяется прямо в клетки, убивая их. (Фото: сайт ucla.edu)

Аннотация к статье: Courtney R. Thomas, Daniel P. Ferris, Jae-Hyun Lee, Eunjoo Choi, Mi Hyeon Cho, Eun Sook Kim, J. Fraser Stoddart, Jeon-Soo Shin, Jinwoo Cheon, Jeffrey I. Zink. Noninvasive Remote-Controlled Release of Drug Molecules in Vitro Using Magnetic Actuation of Mechanized Nanoparticles