Новый метод позволил проследить судьбу магнитных наночастиц в организме

Ученые из Института биоорганической химии имени М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН, Московского физико-технического института, Университета «Сириус», Института общей физики имени А. М. Прохорова РАН, НИЯУ МИФИ и Российского национального исследовательского медицинского университета имени Н. И. Пирогова впервые изучили долговременную судьбу магнитных наночастиц в организме животных. Результаты работы опубликованы в журнале ACS Nano, кратко о них сообщается в совместном пресс-релизе МФТИ и Университета «Сириус».

В современной медицине магнитные наночастицы используются для адресной доставки лекарств. Но долгое время было неизвестно, что происходит с наночастицами после того, как они выполнили свое предназначение. Команда российских ученых-биохимиков разработала новый спектральный магнитный метод детекции материалов. Он позволяет отделять сигнал магнитных наночастиц от железа, которое в норме содержится в организме. Подопытная мышь располагается областью печени и селезенки над магнитной катушкой, воздействующей на наночастицы, и по магнитному отклику измеряется, какое количество железа осталось в составе частиц, а какое уже вошло в состав белков млекопитающего.

Ученые сравнили скорость деградации 17 типов наночастиц, изучили влияние на биоразложение в организме их размера, дозы, заряда поверхности, покрытия и внутреннего строения. Исследования показали, что скорость этого процесса очень сильно зависит от внутреннего строения материала: с помощью дизайна наночастиц можно ускорить время полной деградации с нескольких лет до одного месяца. К примеру, быстрее всего деградировали маленькие частицы с отрицательным зарядом. Среди различных полимеров, покрывающих частицы, слабее всех замедлял растворение полимер глюкуроновой кислоты, а сильнее всего — полистирол.

«Эта работа была бы невозможна без создания подхода для неинвазивной детекции магнитных частиц в организме. Измерения проводились более года. Использование классических подходов потребовало бы для подобного эксперимента более тысячи мышей, что неразумно как по этическим соображениям, так и по финансовым и человеческим трудозатратам», — отмечает один из авторов статьи Максим Никитин, заведующий лабораторией нанобиотехнологий МФТИ, руководитель направления «Нанобиомедицина» Научно-технологического университета «Сириус».

Максим Никитин в лаборатории нанобиотехнологий МФТИ. Фотограф: Наталья Арефьева, пресс-служба МФТИ

Затем ученые попытались понять, что происходит с остатками наночастиц. Они обнаружили, что избыточное железо, которое образовалось при их растворении, не выводится из организма. Вместо этого у животных уменьшалось усвоение того железа, которое поступает из пищи. В результате железо от частиц полностью переходило в низкотоксичные формы, откладывалось в печени и селезенке и, вероятно, использовалось организмом для создания эритроцитов, регуляции метаболических процессов и других применений. Важным открытием стало отсутствие долговременной токсичности магнитных частиц для организма. Единственными изменениями, которые были обнаружены, оказались временное увеличение популяции иммунных клеток, участвующих в распознавании частиц и их переработке, а также долговременное отложение избыточного железа в печени и селезенке.

«Тот факт, что магнитные частицы переходят в биогенное железо, — важная особенность. Ее можно использовать для терапии некоторых форм анемий, — говорит первый автор статьи Иван Зелепукин, младший научный сотрудник лаборатории молекулярной иммунологии ИБХ РАН. — Наши исследования проливают свет на разумный дизайн наноматериалов с контролируемой скоростью высвобождения железа».