Вверх по течению
Микросферы проплыли против потока крови и доставили лекарство в раковые клетки
Григорий Копиев, N+1
Ученые из Германии, Турции и США создали управляемые внешним магнитным полем микросферы для точечной доставки лекарств через кровеносные сосуды. Они способны плыть по току крови в любом направлении, а при контакте с раковыми клетками связываются с ними благодаря покрытию с антителами к специфичному для таких клеток белку. Также они содержат антираковый препарат и способны высвобождать его после присоединения к раковым клеткам под действием света. Статья Alapan et al. Multifunctional surface microrollers for targeted cargo delivery in physiological blood flow опубликована в Science Robotics.
В медицинских исследованиях давно сформировалось направление по поиску методов и веществ для адресной доставки лекарств. Прежде всего это необходимо для препаратов с существенными побочными эффектами. Например, для химиотерапии рака давно применяется препарат доксорубицин, который помимо противоопухолевого действия обладает множеством побочных эффектов, отражающихся на многих органах и системах организма. Одно из следствий этого заключается в том, что дозу препарата приходится ограничивать, чтобы токсический эффект от него не стал критичным. С помощью адресной доставки препарата прямо в опухоль этого можно было бы хотя бы частично избежать.
Одним из самых перспективных методов считается доставка лекарств в конкретную область с помощью управляемых микророботов. Ученые уже добились определенных успехов в этой области, но почти все их разработки ограничены в условиях работы. В том числе они неспособны произвольно передвигаться по сосудам кровеносной системы, которая является универсальным связующим элементом для различных органов и потенциально может выступать удобной средой для доставки микророботов к месту работы.
Метин Ситти (Metin Sitti) из Института интеллектуальных систем Общества Макса Планка и Университета Коч со своими коллегами создал микроробота (микросферу), способного передвигаться даже против тока крови. В его основе лежит сфера из оксида кремния диаметром 7,8 или 3 микрометра (ученые опробовали два варианта), одна из сторон которой покрыта слоями никеля и золота, а вторая антителами к белку HER2 и доксорубицином, связанным с частицей через вещество, разрушаемое под действием ультрафиолетового облучения.
Схема создания микросферы с функциональной поверхностью. Рисунки из статьи Alapan et al.
Ученые проверили способность микросфер связываться с раковыми клетками на стандартной линии клеток рака груди SKBR3, экспрессирующих белок HER2. При сравнении с чистыми микросферами без антител оказалось, что они совершенно не связываются с клетками и смываются потоком жидкости, а микросферы с антителами связываются и удерживаются. Затем ученые провели полноценную проверку и после связывания микросфер с раковыми клетками облучили их ультрафиолетовым излучением. Благодаря флуоресцентному веществу-маркеру они смогли отследить, что доксорубицин высвободился из микросфер и попал в клетки, как и предполагалось.
Схема и снимки микросфер, а также схема их движения по кровеносному сосуду.
Слой никеля необходим для управления микросферой. Снаружи создается вращающееся магнитное поле, воздействующее на микросферу и заставляющее ее вращаться. Его ориентация такова, что микросфера вращается в плоскости, перпендикулярной плоскости находящейся рядом стенки сосуда. В обычных условиях микросфера просто вращалась бы на месте, но расположенная рядом стенка сосуда вносит изменения в поведение потоков жидкости возле себя, поэтому сторона сферы, обращенная к стенке, испытывает тормозящее воздействие. Эта неравномерность во внешних воздействиях между двумя сторонами микросферы приводит к тому, что ее вращательное движение частично преобразуется в поступательное. А поворот ориентации вращающегося магнитного поля позволяет менять направление поступательного движения.
Силы, действующие на микросферу с разных сторон, и суммарная сила, отвечающая за поступательное движение.
Исследователи успешно подтвердили способность микросфер к управляемому движению. Они поместили их в трубку с потоком крови и показали, что микросферы способны двигаться, следуя за магнитным полем, даже в потоке. Кроме того, они продемонстрировали, что микросферы могут перемещаться по раздваивающимся областям сосудов в любую сторону.
Метин Ситти с коллегами не первый год занимается созданием микророботов для доставки лекарств. В 2018 году ученые под его руководством создали микроробота на основе связанных бактерии со жгутиком и эритроцита с нанесенным на него лекарством и магнитными частицами. Бактерия отвечает за движение, а эритроцит позволяет управлять направлением этого движения и доставку действующего вещества.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru