Российские исследователи представили новый неинвазивный способ наблюдения за наночастицами в кровотоке в высоком временном разрешении. Метод позволит создать более эффективные наноагенты для биомедицины. Работа ученых опубликована в Journal of Controlled Release.

Для использования любых наночастиц на практике необходим точный анализ их поведения в организме. Особенно важен такой показатель, как время нахождения частиц в кровотоке. Он определяет, успеют ли наночастицы распространиться по организму, достигнуть своей мишени и связаться с ней. Но высокое время циркуляции может нанести вред, так как приведет к накоплению частиц в здоровых тканях и может повредить их.

Сегодня для исследования циркуляции наночастиц ученые обычно используют забор крови и анализ содержания в ней наноагентов. Однако такие частицы выводятся из кровотока очень быстро, и не всегда удается получить точные результаты времени их циркуляции. Кроме того, сама процедура последовательного забора крови увеличивает стрессовую нагрузку на организм и может повлиять на циркуляцию наночастиц.

Коллаборация ученых из МФТИ, Института биоорганической химии РАН, Института общей физики им. А. М. Прохорова РАН, МИФИ и Университета «Сириус» попробовала решить эту проблему и создала новый неинвазивный метод измерения циркуляции наночастиц. Ученые взяли за основу предложенный ранее индукционный метод детекции магнитных частиц. В эксперименте исследователи помещали хвост животных, мышей или кроликов, в магнитную катушку прибора, затем вводили частицы в кровь и наблюдали за изменением их концентрации в хвостовых венах и артериях. Такие замеры можно провести и на человеке, например, если измерять магнитной катушкой концентрацию наночастиц в руке или на кончиках пальцев.

Ученые показали, что новый метод позволяет неинвазивно получать уникальные по информативности данные о частицах в кровотоке. К тому же он оказался гораздо проще классических подходов. Метод позволил подробно исследовать, что может повлиять на поведение частиц в кровотоке животных.

Авторы изучили три группы факторов: свойства частиц, особенности их введения, а также состояние организма животного. Оказалось, что дольше всех оставались в кровотоке маленькие отрицательно заряженные наночастицы, которые вводились в высоких дозах. Кроме того, ученые обнаружили, что если вводить в кровь частицы несколько раз подряд, то циркуляция последующих доз значительно увеличивается.

Оказалось также, что немаловажную роль играет состояние организма, в который вводятся частицы. Например, показатели циркуляции частиц у мышей разных генетических линий могли отличаться в несколько раз. Такое различие наблюдалось только для частиц диаметром до 50 нм. Кроме того, если животное имело развитую опухоль, наночастицы начинали быстрее выводиться из крови. И чем больше был размер опухоли, тем выше была скорость выведения. Эти факты в работе связываются с динамическими изменениями иммунной системы и ее большей способностью к распознаванию инородных веществ при развитии патологии. Обычно ученые игнорировали такую информацию о состоянии организма в экспериментах. Авторы новой работы показали, что анализ этих данных может позволить узнать гораздо больше об организме и оптимизировать разработку лекарственных препаратов.