Углеродные нанотрубки и их применение в биомедицинских целях

04.02.200826850
Цилиндрические углеродные нанотрубки настолько тонки, что 50 000 таких нанотрубок, сложенных в ряд, едва ли достигнут толщины человеческого волоса. Благодаря своим уникальным свойствам нанотрубки могут стать эффективным средством доставки самых разнообразных терапевтических агентов в клетки пациентов. Однако недостаточное количество данных о том, что происходит с нанотрубками после того, как они открепились от своего «груза», оставалось до настоящего времени основным препятствием в их применении.

Исследователи из Стэндфордского Университета (Stanford University) (США) проследили, что происходит с нанотрубками после их введения в организм мыши, и дали ответы на некоторые вопросы.

Предыдущие исследования, проведенные на мышах, показали, что большинство наноматериалов имеют тенденцию накапливаться в таких органах, как печень и селезенка, однако не было известно, в течение какого времени они там остаются. Опасения, что нанотрубки могут накапливаться в жизненно важных органах, теперь могут быть оставлены, заявляет профессор химии Hongjie Dai из Стэндфордского Университета, чье исследование показало, что нанотрубки не остаются в этих органах, но со временем метаболизируются и выводятся с мочой.

Результаты исследования были опубликованы в журнале PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences). Исследование, длившееся в течение трех месяцев, исключает вероятность того, что нанотрубки могут оказаться токсичными для организма, надолго оставаясь в тканях.

«Ни одно из животных не погибло в ходе эксперимента. Также мы не выявили никаких аномалий в биохимическом составе крови и межклеточной жидкости жизненно важных органов», говорит руководитель исследования, «все животные выглядели совершенно здоровыми. Мы не нашли никаких доказательств токсичности нанотрубок».

Отсутствие токсичности нанотрубок согласуется с другим исследованием, которое провел профессор радиологии Sanjiv Gambhir и его коллеги также из Стэндфордского Университета.

«Это первое исследование, в котором был прослежен полный путь нанотрубок в организме, начиная от их введения и заканчивая экскрецией, однако наших данных недостаточно, чтобы судить об эффектах применения других наночастиц», говорят ученые, «такие же эксперименты должны быть проведены в отношении других типов наноматериалов, которые планируется применять в биомедицинских целях».

Предыдущие исследования этой группы показали, насколько высок потенциал нанотрубок в терапии злокачественных новообразований у мышей. Для выявления молекул терапевтических препаратов в клетках авторы использовали Раман-спектроскопию.

Углеродные нанотрубки, в которых молекулы углерода организованы в гексагональные кольца, в ответ на облучение генерируют весьма сильный сигнал, что позволяет с высокой точностью определять местонахождение интересующих молекул, а также их концентрацию в тканях и в периферической крови.

В более ранних исследованиях для детекции молекул использовались флуоресцентные метки, однако результаты оказывались статистически недостоверными. Флуоресцентная метка имеет тенденцию с течением времени отделяться от нанотрубки или подвергаться распаду, причем время ее полураспада слишком коротко, чтобы позволить отследить весь период пребывания нанотрубок в организме.

Знание о том, что углеродные нанотрубки попадают в пищеварительную систему и нормальным образом выводятся из организма, очень важно для их клинического применения, однако необходимо также знать, через какое время после введения они экскретируются, чтобы оценить их эффективность в качестве транспортеров терапевтических препаратов. Таким образом, важно время, в течение которого нанотрубки, нагруженные препаратом, пребывают в организме и достигают органа-мишени.

«Модулируя структуру нанотрубок, можно менять продолжительность их персистирования в кровотоке», считают исследователи. Наилучшие результаты были получены, когда нанотрубки покрыли полиэтиленгликолем (ПЭГ). Была использована разветвленная форма полимера, показавшая себя более эффективной, чем неразветвленная. Нанотрубки, покрытые ПЭГ, биологически инертны и не вступают в реакции с молекулами внеклеточного матрикса и цитоплазмы клеток. Также они обладают высокой растворимостью в воде, что способствует их длительной (до 10 часов) циркуляции в кровотоке.

Покрытие нанотрубок различными соединениями расширяет спектр их применения и варьировать типы препаратов, доставляемых с помощью нанотрубок к клеткам.


Углеродная нанотрубка, покрытая полиэтиленгликолем.

ScienceDaily

Ваш комментарий:
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
Вернуться к списку статей