Новости химической науки > Сломанные кости притягивают заживляющие наночастицы

Американские ученые использовали несущие лекарство наночастицы для распознавания и заживления микротрещин в костях человека. Разработанная система основана на использовании ионов, просачивающихся из трещин в кости, что позволяет подтянуть частицы к поврежденным областям.

Новая система может обеспечить лучшее адресное лечение таких состояний организма, как, например, остеопороз, или может найти применение в разработке самозаживляющих материалов.

Закономерности, лежащие в основе разработанной методики, хорошо известны. Аусман Сен (Ayusman Sen), один из задействованных в этом проекте ученых из Университета штата Пенсильвания в США, объясняет, что если свежая невыветренная поверхность минерала подвергается воздействию воды, она будет до некоторой степени растворяться, что приведет к образованию ионов. Если имеются анион и катион и один из них диффундирует быстрее, чем другой, то создается электрическое поле. Тогда становится возможным использовать это поле для движения заряженных частиц в определенном направлении.

Гидроксид-ионы уходят из трещин в костях быстрее, чем ионы кальция. Это может использоваться для доставки лекарств к поврежденным костям. (Рисунок из Chem., Int. Ed., 2013, DOI: 10.1002/ange.201305759)

Сен с коллегами изучил эффект диффузии ионов в различных тканях и было обнаружено, что они особенно сильны в костной ткани. Трещина в кости создает местное электрическое поле, потому что гидроксид-ионы, заряженные отрицательно, покидают трещину быстрее, чем более большие, положительно заряженные ионы кальция. Заряженные отрицательно наночастицы движутся градиенту положительного заряда, так что они двигаются в направлении трещины.

Группа Сена показала, что наблюдаемое явление можно использовать для обнаружения и заживления поврежденных участков кости. Для воссоздания этих заживляющих кость наночастиц они приготовили заряженный отрицательно алендронат натрия (sodium alendronate), который биологически совместим с пероральным лекарством, обычно использующимся для лечения остеопороза. Образцы человеческой кости со свежим переломом подвергали воздействию наночастиц in vitro, и флуоресцентное изображение показало, что частицы сконцентрировались в местах переломов кости.

Сен отмечает, что такой способ позволяет быстро доставить лекарство именно туда, где оно необходимо. Как правило, лекарственный препарат принимается, чтобы оказаться там, где ему необходимо быть посредством простой диффузии. По мнению Сена, новый подход является более действенным путем для «наведения» на обозначенное место. Сен подчеркивает, что еще существует много задач, которые предстоит решить, прежде чем эта методика сможет быть запущена для применения в клинической практике. Следующим шагом ученых станет попытка проверки новой системы в окружении, более напоминающим живую систему – там где имеет место с конкуренция ионных градиентов.

Стефэн Эббенс (Stephen Ebbens) из Университета Шеффилд в Великобритании, также работающий над перемещающимися автономно наноустройствами, говорит, что по настоящему замечательным в этой работе является то, что она демонстрирует шаги в направлении потенциально реализуемого на практике применения.

Эббенс соглашается, что до практического применения в медицине исследователям еще предстоит пройти долгий путь, но в тоже время говорит, что этот метод по управлению наночастицами мог бы использоваться для создания самозаживляющих тканей или для управления компонентами микрокапиллярных устройств. Эббенс добавляет, что все то, что вызывает возникновение такого рода ионного градиента может привести к этому явлению. Поэтому Эббенс считает, что области применения, использующие схожие механизмы вне организма, могли бы быть намного более легкой стартовой площадкой для их претворения в жизнь.

Источник: Chem., Int. Ed., 2013, DOI: 10.1002/ange.201305759

метки статьи: #биохимия, #медицинская химия, #неорганическая химия, #химия поверхности