Лечить болезни легких можно с помощью лекарств в форме наноаэрозолей, полагают ученые из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН, расположенного в Пущино. Для создания таких лекарств важно понимать, как наноаэрозольные частицы проникают в клетки легочной ткани. Ученые создали модель, на которой изучали, как частицы наноаэрозоля взаимодействуют с липидным слоем, и подобрали условия, при которых наночастицы его пробивают. Результаты их двухлетней работы опубликованы в журнале Американского химического общества «Langmuir».

Капилляр для распыления наноаэрозоля

Капилляр для распыления наноаэрозоля

Болезни легких давно лечат с помощью ингаляторов, распыляющих лекарства в виде аэрозолей — летящих крошечных частиц и капель. Недостаток этого метода состоит в том, что аэрозоли оседают в верхних отделах легких. Поэтому ученые возлагают надежды на наноаэрозоли, которые способны проникнуть глубоко в легкие. Благодаря очень малому размеру частиц (10-9), концентрация лекарства, необходимого для лечения, снижается в сотни и более раз. Проблема однако в том, что совершенно неясно, что происходит когда частицы наноаэрозоля достигают поверхности легочных алвеол. Ведь наши легкие покрыты слоем липидов (жиров), и лекарство должно сквозь него проникнуть. Способны ли на это частицы наноаэрозоля? Ученые из лаборатории наноструктур и нанотехнологий ИТЭБ РАН под руководством Виктора Морозова впервые показали, что это вполне реально для заряженных наночастиц размером порядка 100 нм.

Для опытов ученые взяли дипальмитоилфосфатидилхолин (ДПФХ) — основной липид легких. Создали из этого липида монослой на поверхности воды в ванне Ленгмюра, в устройстве, приспособленном для измерения поверхностного натяжения. Заряженные наноаэрозоли создавали методом электрораспыления растворов глюкозы, белков и других веществ. Опытным путем обнаружили, что при напылении на монослой наночастиц размером более ста нанометров, поверхностное натяжение липидного слоя изменяется, становясь ближе к натяжению поверхности воды, то есть монослой становится менее плотным.«Частицы наноаэрозоля буквально пробивают его как пули», — пояснила пресс-службе ИТЭБ РАН соавтор статьи, кандидат химических наук Елена Шляпникова.

Далее ученые положили на дно ванной Ленгмюра тонкую пленку слюды и снова распылили наноаэрозоль на липидный слой. Затем слюду достали и изучили с помощью атомно-силового микроскопа. На ее поверхности они обнаружили слипшиеся комочки липида.

Соавтор статьи Игорь Канев испытывает электроге...

Соавтор статьи Игорь Канев испытывает электрогенератор для распыления наноаэрозоля

«Мы увидели впервые в мире, что сильно заряженные наночастицы глюкозы пробивают липидный слой», — прокомментировала Елена Андреевна.

В процессе эксперимента ученые обнаружили два эффекта, конкурирующих между собой. От них зависит повышается или понижается поверхностное натяжение липидного монослоя. Если наночастицы сделать слишком маленькими, то им не хватает энергии, чтобы пробить липидный слой. Кроме того, наночастицы должны быть сильно заряженными и полярными. Если молекулы, из которых сделан наноаэрозоль неполярны, то они могут встроиться в липидный слой, сделав его более плотным.

«Поверхностное натяжение будет зависеть от размера и природы частицы, которая падает на поверхность липида. Я думаю, мы близки к понимают того, что здесь происходит», — уверена Елена Шляпникова.

Чтобы увидеть, как наночастицы падают на липидный слой, какой путь совершают выбитые липидные молекулы, ученые поставили эксперимент на синхротроне в Курчатовском институте. Совместная публикация, подводящая итоги экспериментов, выйдет в журнале «Кристаллография» в начале 2018 года.

Эксперимент продолжается в Европейском синхротронном центре в Гренобле.

Работа поддержана грантом РФФИ.

Источник:

Morozov V. N. et al. Ballistic Penetration of Highly Charged Nanoaerosol Particles through a Lipid Monolayer //Langmuir. — 2017. — Т. 33. — №. 32. — С. 7829-7837.

Релиз подготовлен Татьяной Пичугиной

Татьяна Перевязова, пресс-секретарь ИТЭБ РАН,

iteb-press@yandex.ru,

Пресс-релизы ИТЭБ РАН: http://web.iteb.psn.ru/press-release.htm