ЭЛЕКТРОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ МИКРОВЕЗИКУЛЫ И СИСТЕМА ДОСТАВКИ ЛЕКАРСТВ НА ИХ ОСНОВЕ Ермаков А.В.
advertisement
ЭЛЕКТРОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ МИКРОВЕЗИКУЛЫ И СИСТЕМА ДОСТАВКИ ЛЕКАРСТВ НА ИХ ОСНОВЕ Ермаков А.В.1, Ким В.П.2, Чумаков А.С.1, Горбачев И.А.1, Видяшева И.В.1, Савонин А.А.1, Горин Д.А.1, Хомутов Г.Б.2, Глуховской Е.Г.1 1 Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского 2 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова E-mail: oualeksej@yandex.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. Квазидвумерный слой микровезикул Контакт Подложка Спейсер Контакт Проводящие слои (электроды) Подложка 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 10 мкм б 10 мкм 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. Электроды (катод) Центральный электрод (анод) Электроды (анод) Стенки сосудов 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 11-08-00529-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. 7400-7404 6. Z. Lu, M. D. Prouty, Z. Guo Magnetic switch of permeability for polyelectrolyte microcapsules embedded with Co@Au nanoparticles // Langmuir. – 2005. – Vol.21. – P.2042–2050 7. Д.А. Горин, Д.Г. Щукин, А.И. Михайлов, К. Кёлер, С.А. Сергеев, С.А. Портнов, И.В. Таранов, В.В. Кислов, Г.Б. Сухоруков 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. А.П. Савченко, О.В. Черкавская, Б.А. Руденко, П.А. Болотов Интервенционная кардиология. Коронарная ангиография и стентирование // М.: ГЭОТАР-Медиа. – 2010. – 448 с. Сведения об авторах Ермаков Алексей Вадимович – аспирант факультета НБМТ СГУ им. Н.Г. Чернышевского, инженер ОНИ НС и БС Ким Виталий Павлович – аспирант физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова Чумаков Алексей Сергеевич – аспирант факультета НБМТ СГУ им. Н.Г. Чернышевского Горбачев Илья Андреевич – аспирант факультета НБМТ СГУ им. Н.Г. Чернышевского Видяшева Ирина Викторовна – к.б.н., старший научный сотрудник ОНИ НС и БС Савонин Алексей Александрович – аспирант биологического факультета СГУ им. Н.Г. Чернышевского Горин Дмитрий Александрович – д.х.н., профессор, ФНБМТ СГУ им. Н.Г. Чернышевского Хомутов Геннадий Борисович – д.ф.-м.н., профессор, МГУ им. М.В. Ломоносова Глуховской Евгений Геннадьевич – к.ф.-м.н., доцент, ФНБМТ СГУ им. Н.Г. Чернышевского Вид доклада: устный (/ стендовый)
