Ученые создали наночастицу-«стимулятор» для доставки препаратов в мозг через обонятельные нейроны
Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) с коллегами из международной научной коллаборации создали наноактуаторы для транспортировки лекарственных препаратов в мозг с помощью обонятельных рецепторов. Наночастицы, которые вводят интраназально (через нос), обладают точно направленным действием и ими можно управлять с помощью безопасных доз магнитного поля.
Для доставки многих препаратов используют кровеносную систему. Однако из-за существующего гематоэнцефалического барьера, защищающего мозг от нежелательных воздействий, в ряде случаев этот способ малоэффективен. Чтобы достичь терапевтического эффекта приходится увеличивать дозы препаратов, что повышает риск негативных эффектов.
Ранее ученые ТПУ предложили повысить эффективность доставки наночастиц — перевозчиков лекарственных средств в опухоли мозга посредством обонятельной системы. Сейчас совместно с коллегами с помощью микроволнового гидротермального метода они синтезировали электроактивные наноактуаторы типа «ядро — оболочка» для такого способа доставки. Ядро состоит из феррита марганца, а тонкая оболочка — из сегнетоэлектрического перовскита толщиной до пяти нанометров.
Полученные наночастицы обладают сильным магнитоэлектрическим откликом. Это позволяет «активировать» высокоэффективную и беспроводную электростимуляцию клеток и тканей, взаимодействующих с разработанными наноактуаторами, за счет слабого внешнего магнитного поля, безопасного для тканей.
«В отличие от других методов, предложенный нами подход позволяет быстро, безопасно и с использованием исключительно биосовместимых компонентов синтезировать наночастицы с тонкой оболочкой и высоким магнитоэлектрическим откликом. Но главное — весь процесс синтеза проходит без использования дополнительной высокотемпературной обработки — отжига. Это позволяет минимизировать образование крупных частиц, что затрудняло бы их дальнейшее направленное движение», — отмечает руководитель исследования, ведущий научный сотрудник международного научно-исследовательского центра «Пьезо- и магнитоэлектрические материалы» ТПУ Роман Чернозем.
Авторы провели комплекс экспериментов с синтезированными наноактуаторами: in vitro на культурах головного мозга, ex vivo на срезах гиппокампа мышей и in vivo на обонятельной системе мышей. Проникновение и движение наностимуляторов и лекарств отслеживали с помощью просвечивающей электронной микроскопии, флуоресцентной микроскопии и магнитно-резонансной томографии как в обонятельных луковицах, так и в мозге.
Результаты показали, что наноактуаторы легко поглощаются нейронами: под воздействием магнитного поля наночастицы преобразовывают электрические импульсы в химические сигналы и активируют внутриклеточные процессы, ускоряя транспортировку препаратов из носа в мозг. При этом процесс управления активностью нейронов проходит без нарушения функций эпителиального барьера.
«Благодаря точной локализации, управляемости процесса доставки до нужных участков мозга и неинвазивной природе наши наностимуляторы позволяют обеспечить высокую эффективность интраназальной доставки различных биомолекул и лекарств, направленных для лечения как нейродегенеративных заболеваний, так и онкологии. Это открывает дополнительные возможности для решения проблем современной нейромедицины», — отметил один из авторов работы, директор международного научно-исследовательского центра «Пьезо- и магнитоэлектрические материалы» ТПУ Роман Сурменев.
Исследование поддержано грантами Минобрнауки России и РНФ.