Понимание того, как системы доставки лекарств распределяются in vivo, остаётся серьёзной задачей при разработке наномедицины. Особенно в лёгких сложное и динамичное микроокружение часто ограничивает эффективность существующих подходов.
Для решения этой проблемы была предложена новая стратегия — «структурная фармацевтика». Она позволяет связать структуры наночастиц с физиологическими структурами с помощью передовых методов трёхмерной (3D) визуализации и кросс-масштабных характеристик.
В исследовании, опубликованном в ACS Nano, группа под руководством Инь Сяньчжэнь из лаборатории Линган и Чжан Цзивэнь из Шанхайского института китайской академии наук разработала точную стратегию нацеливания на воспаление трахеи.
Стратегия доставки
Стратегия использует системы доставки на основе наносеток, состоящие из циклических декстринов с решётчатой структурой (GCC), и обеспечивает многомасштабную 3D-визуализацию и углублённую фармакодинамическую оценку с помощью микрооптической томографии сечения (MOST) и флуоресцентной MOST (fMOST).
Исследователи разработали носитель GCC с использованием сшитых циклических декстринов, обладающих способностью эффективно удалять активные формы кислорода. Они пометили наносетку родамином 110 и проследили её путь после инъекции в хвостовую вену мышей с помощью отслеживания отдельных частиц и 3D-визуализации всего лёгкого.
Результаты
Удивительно, но наносетка показала значительное накопление вдоль наружной стенки трахеи — особенность, редко наблюдаемая у обычных наночастиц.
При загрузке дексаметазона (DEX), широко используемого кортикостероида, система GCC не только увеличила время удержания лекарства in vivo, но и продемонстрировала профиль контролируемого высвобождения.
Состав также показал сильное противовоспалительное действие на модели бронхита у мышей, индуцированного липополисахаридами. Мыши, получавшие DEX@GCC, быстрее восстанавливали вес тела, у них улучшилась функция лёгких, и были значительно снижены маркеры воспаления в жидкости бронхоальвеолярного лаважа по сравнению со свободным DEX (более высокая доза) или модельными группами.
Визуализация терапевтических результатов
Для визуализации этих терапевтических результатов исследователи разработали 3D-патологический атлас всего лёгкого. Комбинируя флуоресцентную визуализацию и распознавание клеток с помощью машинного обучения, они реконструировали пространственные карты воспаления и количественно оценили структурные изменения, такие как утолщение стенки трахеи.
Виртуальная эндоскопическая визуализация позволила им «увидеть» внутреннюю часть поражённых трахеями и количественно оценить эффекты неинвазивным, но высокодетализированным способом. Эти методы помогли подтвердить структурное восстановление и противовоспалительную эффективность DEX@GCC на уровне тканей и клеток.
Заключение
Это исследование представляет собой новую основу для понимания того, как нанопрепараты ведут себя в сложных биологических средах, объединяя концепцию «структурной фармацевтики» с 3D-картированием органов.
3D-патология выявляет пространственно-временные закономерности прогрессирования поражений для поддержки фенотипического скрининга, обнаружения мишеней и разработки схем вмешательства.
Предоставлено:
[Китайская академия наук](https://phys.org/partners/chinese-academy-of-sciences/)