Американские биоинженеры установили, что предназначенные для лечения рака наночастицы должны иметь форму диска. Результаты работы ученых из Техасского медицинского центра (Texas Medical Center) под руководством Паоло Декуцци (Paolo Decuzzi) опубликованы в журнале Biomaterials.



В течение восьми лет Декуцци и его коллеги изучали наночастицы, чтобы определить их оптимальную форму, размер и поверхностные свойства. Работа проходила в несколько этапов: первоначально расчеты проводились с использованием методик компьютерного моделирования, затем были поставлены эксперименты in vitro и на модельных животных.



В настоящее время 99 процентов используемых наночастиц имеют сферическую форму, остальные выглядят как диски или палочки. Сферические частицы обычно «собирают» вокруг молекул лекарства, которое они должны переносить.



Форму шара или близкую к ней они принимают непроизвольно в процессе самосборки. Несмотря на свою распространенность, такие наночастицы не всегда эффективны при доставке лекарств к опухолевым клеткам: из-за своей формы они часто не могут надежно закрепиться в опухолевой ткани, поэтому легко вымываются из нее.



Биоинженеры при помощи компьютерного моделирования вычислили, что оптимальной формой наночастиц, используемых при лечении рака, станет диск. Был определен и размер этих «дисков»: 1000 нанометров в диаметре и 400 нанометров в толщину. Для создания частиц с заданными свойствами Декуцци с коллегами использовали метод фотолитографии, при помощи которого им удалось получить однородные наночастицы из кремния. По своей структуре они напоминают губку, в поры которой загружены молекулы лекарства.



После того, как в ходе лабораторных экспериментов подтвердились все свойства наночастиц, предсказанные в ходе компьютерного моделирования, были проведены исследования на модельных животных. В процессе испытаний было доказано, что «нанодиски» легко прикрепляются к клеткам меланомы, поэтому 5-10 процентов введенных наночастиц на грамм пораженного опухолью органа было достаточно для доставки требуемой дозы лекарства. Также было установлено, что кремниевым «дискам» легче попасть в печень, чем наноразмерным сферам или палочкам.



«Лучшей наградой для нас было то, что все свойства, предсказанные нами при помощи математической модели, подтвердились экспериментально», - отметил Декуцци. Руководитель исследования подчеркнул, что вместе с коллегами продолжит работу над улучшением наночастиц. Теперь перед ним стоит задача определения оптимальной жесткости, при которой «диски» будут лучше взаимодействовать с клетками опухоли.