Ломая голову над тем, как обеспечить релиз переносимых гидрогелем лекарств в нужном месте в нужное время, исследователи из Шербрукского университета (Квебек, Канада) разработали гидрогель, содержащий наночастицы на основе редкоземельных элементов (лантанидов). По словам учёных, такой гель позволит высвобождать терапевтические протеины (и малые молекулы тоже) глубоко внутри тканей пациента.

Ранее многие научные группы уже предлагали формулы тех или иных полимерных гидрогелей для переноски инкапсулированных терапевтических протеинов и малых молекул максимально близко к месту их использования.

Единственным препятствием всегда выступала необходимость использования УФ-света, способного разрушать полимерную матрицу гидрогеля, вызывая тем самым релиз препаратов. Но дело не только в прямом вреде здоровью и сомнительной стабильности терапевтических протеинов: главная проблема — до смешного ограниченная проникающая способность УФ-излучения. Вот если бы вместо УФ-света удалось использовать ближний ИК-диапазон медицинского лазера…

Рис. 1. Схема работы ап-конверсионного принципа разрушения нового гидрогеля, содержащего наночастицы на основе редкоземельных элементов (илл. ACS).

Именно над этим задумались канадцы, вознамерившиеся разработать формулу полимерного гидрогеля, чувствительную к ближнему ИК-диапазону. Для этого полимерную матрицу, построенную из сшитых фоточувствительными о-нитробензильными группами полимеров (полиакриламид и полиэтиленгликоль), пропитали особыми наночастицами, состоящими из NaYF₄-ядра, допированного тулием или иттербием, и внешней оболочки из чистого NaYF₄. Такие наночастицы обладают весьма необычными свойствами. Поглощая несколько низкоэнергетических фотонов (например, ближнего ИК-диапазона), они излучают фотоны с более короткой длиной волны (тот же УФ-свет). Этот процесс называется ап-конверсией (преобразование с повышением частоты).

Таким образом,

при воздействии на новый гидрогель фотонов из ближнего ИК-диапазона импрегнированные в него наночастицы начинают излучать УФ-свет, который, действуя через нитробензильные группы, запускает реакцию распада полимерных цепей. В результате распада полимерной матрицы её содержимое постепенно высвобождается.

К сожалению,

результаты испытаний пока не впечатляют, хотя и доказывают принципиальную работоспособность идеи. Исследователи поместили кусок содержащего флюоресцентный протеин гидрогеля шириной 12 мм (видимо, квадратный) в буферный раствор и подвергли его облучению ближним ИК-светом. После 50 минут непрерывного облучения 70% протеина вышло в раствор. Но здесь не мешали живые ткани, и цель была полностью видна и сконцентрирована в небольшом пространстве.

Подробнее обо всех результатах и составе нового гидрогеля читайте в статье, опубликованной в Journal of the American Chemical Society.

Для справки: сшитая смесь полимеров полиакриламида и полиэтиленгликоля представляет собой стандартный наполнитель для памперсов — «рекомендована к употреблению даже в детских учреждениях».