Исследователи продемонстрировали, что микроскопические контейнеры для доставки лекарств можно направлять к цели с помощью магнитного поля, что способствует развитию точной медицины для лечения таких заболеваний, как рак.
Команда учёных из нескольких университетов под руководством Цзе Фэна, профессора механических наук и инженерии в Инженерном колледже Грейнджера при Университете Иллинойса в Урбане-Шампейне, показала, что магнитные частицы, инкапсулированные в липидные везикулы, можно использовать для управления движением везикул в жидкостях.
Эта работа, опубликованная в журнале Nanoscale, основана на более ранних результатах, показывающих, что липидные везикулы можно модифицировать для высвобождения лекарств при освещении лазерным светом. Получившаяся система, объединяющая оба результата, представляет собой комплексный прототип для точной и целенаправленной доставки лекарств.
«Преимущество липидных везикул для доставки лекарств заключается в том, что их структура похожа на клетку, поэтому их можно заставить взаимодействовать только с определёнными видами клеток — это значительное преимущество для лечения рака», — сказал Фэн. «Одной из задач, которую необходимо решить для реализации таких транспортных средств, является знание того, как направить их в нужное место. Мы показали, как это сделать с помощью магнитных полей, решив последнюю большую проблему перед началом демонстраций ex vivo».
Фэн отметил, что существующие медицинские технологии, такие как МРТ, можно использовать для управления транспортными средствами для доставки лекарств с помощью магнитных полей, тем более что эти поля предназначены для проникновения в человеческое тело. Этого можно достичь, инкапсулируя суперпарамагнитную частицу в транспортном средстве для доставки лекарств, чтобы она взаимодействовала с внешним магнитным полем.
Первый шаг в создании управляемых магнитным полем липидных везикул
Первым шагом в создании управляемых магнитным полем липидных везикул стала разработка надёжного метода инкапсуляции магнитных частиц в везикулы. Винит Малик, аспирант Инженерного колледжа Грейнджера в Иллинойсе в лаборатории Фэна и ведущий автор исследования, использовал метод «перевёрнутой эмульсии», при котором магнитные частицы добавляются в раствор растворённых липидов, что приводит к образованию липидных капель вокруг частиц.
«Было неочевидно, какой способ инкапсуляции липидных частиц будет лучшим, поэтому мы провели обширный поиск в литературе и методом проб и ошибок, — сказал Малик. — Нам нужно было определить оптимальный размер магнитных частиц, а затем выяснить, что метод перевёрнутой эмульсии обеспечивает наивысший выход инкапсулированных частиц».
Далее исследователи продемонстрировали, что магнитные поля могут направлять липидные везикулы. Малик разработал платформу для 3D-печати, чтобы надёжно закрепить магниты на микроскопе и поместить везикулы в раствор между магнитами. Наблюдая за результирующим движением, исследователи выяснили, как скорость зависит от соотношения размера магнитной частицы и размера везикулы. Они также подтвердили, что везикулы высвобождают свой груз только при освещении лазерным светом после перемещения в конец микрофлюидного канала.
Вооружившись экспериментальными демонстрациями светоиндуцированного высвобождения лекарств и магнитного управления, лаборатория Фэна теперь стремится начать исследования in vitro, чтобы продемонстрировать, что липидные везикулы можно направлять магнитным полем в определённые места через такие жидкости, как человеческая кровь.
«Наши объединённые результаты закладывают основу для комплексной системы точной доставки лекарств, и мы готовы изучить потенциальные возможности её применения в лечении, — сказал Фэн. — Мы работаем над следующим шагом: использованием настоящего лекарства и проведением исследования in vitro в микрофлюидной системе, которая имитирует особенности биологических сред».
Другие участники исследования: Чэнхао Сюй (Инженерный колледж Грейнджера в Иллинойсе); Абдаллах Дадди-Мусса-Идер (Открытый университет); Чи-Тан Ляо и Он Шан Пак (Университет Санта-Клары); Юань-Нань Янг (Институт технологий Нью-Джерси).
Предоставлено Инженерным колледжем Грейнджера при Университете Иллинойса.