ЭЛЕКТРОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ МИКРОВЕЗИКУЛЫ И СИСТЕМА ДОСТАВКИ ЛЕКАРСТВ НА ИХ ОСНОВЕ Ермаков А.В.

реклама
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)
Скачать