Наноаэрозоли помогут лечить легкие | Наука и жизнь
Заряженные частицы наноаэрозолей легко проходят сквозь липидный слой, подобный тому, что покрывает легкие изнутри.
Капилляр для распыления наноаэрозоля. (Фото: ИТЭБ РАН.)
Схема проникновения заряженных наноаэрозольных частиц сквозь липидный монослой. (Иллюстрация: Victor N. Morozov et al., Langmuir, 2017, 33 (32).)
Легочные болезни удобно лечить с помощью аэрозолей: лекарство в виде крошечных капель через дыхательные пути проникает непосредственно в больной орган – в отличие от таблеток, которые сначала попадают в желудочно-кишечный тракт, там всасываются в кровь и уже кровь их доносит до легких.
Однако с аэрозолями есть одна проблема – они часто оседают в верхнем отделе легкого. Можно увеличить дозу, чтобы лекарство уж точно проникло всюду, где надо, или повысить концентрацию лекарственного вещества, чтобы из верхнего отдела легких оно подействовало на весь орган. Но в таком случае какие-то участки органа получат лекарства намного больше, чем требуется, что может оказаться не очень хорошо; и даже если локальная передозировка ничем серьезным не грозит, все равно часть лекарственного вещества будет расходоваться впустую.
Другой выход – сделать аэрозольные капли очень и очень мелкими, тогда они смогут проникать глубже. Если довести размер лекарственных частиц до нанометровых масштабов, это позволит снизить концентрацию лекарства в сотни раз.
Но тут возникает другой вопрос: сможет ли частица наноаэрозоля проникнуть к поверхности легочной альвеолы? Легкие изнутри покрыты специальной субстанцией с большим содержанием липидов, и лекарственные капельки должны пройти сквозь нее.
Исследователи из лаборатории наноструктур и нанотехнологий Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН впервые показали, что заряженные наночастицы размером порядка 100 нм вполне пробивать жидкий липидный слой, подобный тому, который покрывает альвеолы. Слой этот Виктор Морозов и его коллеги делали из липида дипальмитоилфосфатидилхолина (ДПФХ), которого в пристеночной альвеолярной субстанции больше всего.
Липид наносили на поверхность жидкости в так называемой ванне Ленгмюра – специальном устройстве, которое позволяет изучать свойства вещества в монослое, то есть в слое толщиной в одну молекулу. На монослой легочного липида распыляли заряженные нанокапельки разных растворов (глюкозы, белков и т. д.) – и оказалось, что когда на липидный слой оседали частицы размером более 100 нм, сила поверхностного натяжения слоя менялась, он становился менее плотным, как если бы оседающие наночастицы проходили сквозь него и забирали часть молекул липидов с собой.
Чтобы точно проверить, точно ли частицы наноаэрозоля проходят сквозь липидных слой, на дно ванны Ленгмюра положили пленку слюды, которую потом просканировали с помощью атомно-силового микроскопа. На слюде действительно обнаружились слипшиеся комки липида, которые ушли на дно вместе с аэрозольными наночастицами.
В статье в журнале Langmuir авторы пишут, что для того, чтобы частицы пробили липидный слой, они должны быть не только достаточно крупными (как было сказано выше, не меньше 100 нм) – они также должны быть электрически сильно заряженными. Если частица заряжена не очень сильно, она просто встраивается в монослой, делая его более плотным.
Исследователи продолжили эксперименты на синхротроне в Курчатовском институте, чтобы в деталях увидеть, как наночастицы падают на липидный слой, какой путь совершают выбитые липидные молекулы; полученные данные будут опубликованы в журнале «Кристаллография» в начале 2018 года.
Если наноаэрозольные частицы оправдают ожидания в опытах с ваннами и синхротронами, можно будет испытать их на настоящих легких.