Электрочувствительные микровезикулы и система доставки лекарств на их основе

ЭЛЕКТРОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ МИКРОВЕЗИКУЛЫ И СИСТЕМА ДОСТАВКИ ЛЕКАРСТВ НА ИХ ОСНОВЕ

1, 2, 1, 1, Видяшева И. В.1, 1, 1, 2, 1

1 Саратовский государственный университет им.

2 Московский государственный университет им.

E-mail: *****@***ru

В настоящее время важную роль играет создание новых искусственных объектов нано - и микромира [1, 2]. Особую актуальность приобретает реализация возможности дистанционного управления параметрами оболочек микрокапсул, в том числе их целостности и проницаемости, с целью контролируемого высвобождения содержимого. Для осуществления дистанционного управления проницаемостью и целостностью таких микроструктур в их структуру вводят сенсибилизаторы – нанообъекты, обладающие высокой чувствительностью к различным видам воздействия. [3, 4, 5, 6, 7]. Однако каждый метод обладает определенными недостатками и ограничениями, в связи с чем актуальной является задача поиска новых альтернативных методов дистанционного воздействия на параметры оболочек микрокапсул. Нами исследуются способы сенсибилизации микровезикул различной природы к электрическому полю и система с возможностью управления параметрами таких везикул.

Система воздействия электрическими полями на исследуемые микроструктуры, ( микрокапсулы, липосомы, клетки и другие везикулы) реализована нами в виде микрофлюидной конструкции – плоского капилляра с внутренними электродами (рис. 1). Электроды между собой изолированы, что позволяет, подавая на них разность потенциалов, создавать электрическое поле и воздействовать на содержащийся в капилляре раствор.

Спейсер

Проводящие слои (электроды)

Контакт

Контакт

Подложка

Подложка

Квазидвумерный слой микровезикул

Рис. 1 – Схематическое изображение разработанной микрофлюидной конструкции – плоский мирокапилляр, содержащий квазидвумерный слой микровезикул

Для сенсибилизации к электрическому полю исследуемых микроструктур – замкнутых сферических везикул на основе фосфолипидов и полимеров, в структуру их оболочки нами предложено встраивать неорганические наночастицы (магнетита и золота). Механизм нарушения целостности модифицированных таким образом микроструктур обусловлен поляризацией в электрическом поле наночастиц, иммобилизированных в оболочке структуры, и возникновением диполь-дипольного отталкивания между ними.

Для изучения изменения проницаемости и целостности оболочки микрокапсул, содержащих неорганические наночастицы, были исследованы нанокомпозитные полиэлектролитные микрокапсулы с характерным размером 10 мкм, синтезированные методом полиионной сборки [8], содержащие 3 слоя наночастиц магнетита. При приложении напряжения 1 В (рис. 3 б) наблюдалось разрушение около 30 % общего числа капсул, оставшиеся капсулы имели деформации и нарушение целостности. При приложении напряжения 5 В наблюдалось разрушение около 90 % общего числа капсул (расстояние между электродами капилляра – 20 мкм.).

a

б

Рис. 3 – Микроизображения капилляра, заполненного микрокапсулами до приложения напряжения (а) и после приложения 1 В (б)

Аналогичные процессы разрушения наблюдались в случае воздействия электрическим полем на фосфолипидные мембраны клеточных структур. Исследовались клетки – фибробласты кожи человека, размер которых составлял 3-4 мкм. При воздействии электрического поля на клетки с модифицированными наночастицами золота оболочками наблюдалось значительное, до 7-8 раз, уменьшение напряжения, необходимого для разрушения клеток, по сравнению с немодифицированными.

Полученные результаты могут найти применение в биомедецинских приложениях. Примером такого применения может служить помещение в организм разработанной микрофлюидной конструкции (в различных вариантах исполнения) посредством стентирования [9], что позволит производить высвобождение инкапсулированного вещества в определенных участках организма. При прохождении микровезикул, содержащих биоактивное вещество, по сосуду стентированному системой электродов (рис. 4) – будет осуществляться высвобождение вещества в момент приложения напряжения к электродам.

Стенки сосудов

Электроды (анод)

Электроды (катод)

Центральный электрод (анод)

Рис. 5 – Варианты конфигурации электродов микрофлюидной конструкции при стентировании в сосуд

Таким образом, исследована возможность управления целостностью полимерных и липидных микровезикул, содержащих в оболочке неорганические частицы посредством приложения электрического поля.

Механизм нарушения целостности модифицированных оболочек микровезикул основан на диполь-дипольном взаимодействии поляризующихся в электрическом поле неорганических наночастиц. Дальнейшее снижение напряженности электрического поля необходимого для электростимулируемого разрушения микровезикул может быть осуществлено путем повышения плотности адсорбированных слоев наночастиц, так как индуцируемое диполь-дипольное взаимодействие обратно пропорционально расстоянию между частицами и прямо пропорционально их размеру. Можно предположить, что одним из способов повышения чувствительности гибридных везикул к воздействию электрического поля будет увеличение числа слоёв наночастиц в оболочке.

Создана микрофлюидная система на основе микрокапсул с возможностью дистанционного группового управления целостностью их оболочки посредством приложения внешнего электрического поля. Система включает в себя оригинальную конструкцию и электрочувствительные нанокомпозитные микровезикулы.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ -а

Библиографический список

1.  Möhwald H. From Langmuir monolayers to nanocapsules // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. – 2000. – Vol.171. – P.25-31

2.  E. Donath, G. B. Sukhorukov, F. Caruso, S. A. Davis, H. Möhwald Novel hollow polymer shells by colloid-templated assembly of polyelectrolytes // Angew. Chem. Int. Ed. – 1998. – V. 37. – №16. – P. 2201

3.  D. A. Gorin, S. A. Portnov, O. A. Inozemtseva, Z. Luklinska, A. M. Yashchenok, A. M. Pavlov, A. G. Skirtach, H. Möhwald, G. B. Sukhorukov Magnetic/gold nanoparticle functionalized biocompatible microcapsules with sensitivity to laser irradiation // Phys. Chem. Chem. Phys. – 2008. – Vol.10. – P.6899–6905

4.  A. G. Skirtach, A. A. Antipov, D. G. Shchukin Remote activation of capsules containing Ag nanoparticles and IR dye by laser light // Langmuir. – 2004. – Vol.20. – P.6988

5.  D. G. Shchukin, D. A. Gorin, H Möhwald Ultrasonically induced opening of polyelectrolyte microcontainers // Langmuir. – 2006. – Vol. 22. – P.

6.  Z. Lu, M. D. Prouty, Z. Guo Magnetic switch of permeability for polyelectrolyte microcapsules embedded with *****@***nanoparticles // Langmuir. – 2005. – Vol.21. – P.2042–2050

7.  , , К. Кёлер, , Влияние микроволнового излучения на полимерные микрокапсулы с неорганическими наночастицами // ПЖТФ. – 2006. – Т.32. – №2. – С.45–50

8.  G. B. Sukhorukov, E. Donath, S. Davis, H. Lichtenfeld, F. Caruso, V. I. Popov, H. Mohwald Stepwise polyalectrolyte assembly on particles surface: a novel approach to colloid design // Polym. Adv. Technol. – 1998. – V. 9(10-11). – P. 759

9.  , , Интервенционная кардиология. Коронарная ангиография и стентирование // М.: ГЭОТАР-Медиа. – 2010. – 448 с.

Сведения об авторах

– аспирант факультета НБМТ СГУ им. , инженер ОНИ НС и БС

– аспирант физического факультета МГУ им.

– аспирант факультета НБМТ СГУ им.

– аспирант факультета НБМТ СГУ им.

Видяшева Ирина Викторовна – к. б.н., старший научный сотрудник ОНИ НС и БС

– аспирант биологического факультета СГУ им.

– д. х.н., профессор, ФНБМТ СГУ им.

– д. ф.-м. н., профессор, МГУ им.

– к. ф.-м. н., доцент, ФНБМТ СГУ им.

Вид доклада: устный (/ стендовый)