Рак остаётся одной из ведущих причин смертности в мире, и, несмотря на достижения в диагностике и лечении, он по-прежнему представляет серьёзную проблему для здоровья населения. Исследователи начали изучать различные инновационные методы, такие как инженерные наноматериалы (ИНМ), которые могут обеспечить адресную доставку лекарств в раковые клетки.
Для изучения поведения ИНМ, чувствительных к pH, в условиях in vivo — то есть при введении в организм — команда исследователей под руководством профессора Юта Нишина из Научно-исследовательского института междисциплинарных наук при университете Окаяма (Япония) в сотрудничестве с доцентом Яджуан Цзоу из того же учреждения и профессором Альберто Бьянко из CNRS, Страсбургский университет (Франция) изучила, как ИНМ, чувствительные к pH, преобразуют свои свойства в динамическое взаимодействие с белками и клетками в организме. Их результаты были опубликованы в журнале Small 1 июня 2025 года.
Графен оксид и его применение в нанотехнологиях
Оксид графена — наноматериал на основе углерода, полученный из графита — недавно приобрёл популярность в нанотехнологиях благодаря своим структурным свойствам и способности накапливаться в опухолях за счёт эффекта повышенной проницаемости и удержания. Однако его применение ограничено, поскольку иммунная система быстро выводит его из кровотока, что приводит к неэффективному поглощению раковыми клетками.
Чтобы преодолеть этот барьер, исследователи разработали «зарядово-обратимый» графен, прикрепив гиперразветвлённый полимер под названием амино-богатый полиглицерин (hPGNH2) к листам оксида графена, а затем добавив фрагмент диметилмалеинового ангидрида (DMMA) для придания поверхности чувствительности к pH.
Когда материал находится в нейтральной среде pH кровотока, его поверхность остаётся отрицательно заряженной, избегая обнаружения иммунной системой. Но когда он попадает в слабокислую среду опухоли, его поверхность становится положительно заряженной, помогая ему связываться с раковыми клетками и проникать в них.
Команда проанализировала три версии этого материала на основе оксида графена, полиглицерина и DMMA (GOPG-DMMA), варьируя плотность аминогрупп в hPGNH2. Эти группы включали GOPGNH115, GOPGNH60 и GOPGNH30. Разница в аминогруппах изменяла результирующий положительный заряд и тем самым влияла на прикрепление материала GOPG-DMMA.
Согласно результатам, вариант GOPGNH60-DMMA работал лучше всего, достигая правильного баланса безопасности в кровотоке и оптимального положительного заряда в кислой среде опухоли. Этот баланс позволил материалу более эффективно достигать и проникать в клетки опухоли, избегая при этом связывания со здоровыми клетками и белками крови.
Более того, это привело к более высокому накоплению наноматериалов в местах опухоли с меньшим количеством побочных эффектов, что было подтверждено на моделях мышей.
«Мы наблюдали, что, регулируя химию поверхности, мы можем контролировать поведение наноматериалов внутри организма», — говорит доктор Цзоу. «Успех этого точного контроля может открыть новые возможности для «тераностики», которая объединяет диагностику и лечение рака».
Исследование знаменует собой важный этап в адресной доставке лекарств и может помочь настроить такие чувствительные к pH наноматериалы для большей точности. Полученные данные могут также помочь нацелить лекарства внутри клеток, особенно в кислых компартментах, таких как лизосомы или эндосомы, что делает лечение более точным и снижает вред для здоровых тканей.
Исследование является частью растущего международного сотрудничества. В 2025 году университет Окаяма и CNRS запустили международную исследовательскую программу IRP C3M, целью которой является создание более интеллектуальных наноматериалов для здравоохранения. В будущем исследователи продолжат расширять возможности наноматериалов для улучшения терапии.
«Теперь у нас есть конкретные рекомендации по улучшению характеристик наномедицинских препаратов, чувствительных к pH», — сказал профессор Нишина. «С этим открытием мы на шаг ближе к будущему персонализированной медицины».