Исследователи из Наньянского технологического университета в Сингапуре разработали наночастицы SOLID, способные вылавливать из крови молекулы, поддерживающие опасное воспаление, а затем доставлять их в клетки печени на уничтожение. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.
Технология рассчитана на ситуации, когда иммунная система выходит из-под контроля. При сепсисе и остром повреждении легких организм может выбрасывать в кровь избыток сигнальных молекул, включая интерлейкин-6 (IL-6). В норме такие вещества помогают координировать иммунный ответ, но при чрезмерной концентрации способны поддерживать системное воспаление и повреждение органов. Повышенный уровень IL-6 также связывают с более тяжелым течением сепсиса и риском острого повреждения легких. В первый год пандемии COVID-19 именно «цитокиновый шторм» был главной причиной смертности пациентов.
SOLID устроены по принципу «поймать — доставить — разрушить». Внутри у наночастицы находится жесткое ядро из полупроводникового полимера, а снаружи — настраиваемая оболочка из PEG, биосовместимого полимера. В оболочку можно встроить молекулы, способные распознавать конкретную мишень — например, IL-6 или фрагмент ДНК CpG1826, который активирует иммунный ответ.
Главная неожиданность исследования связана не только с химией поверхности. Ученые обнаружили, что механическая жесткость наночастицы помогает ей проникать в клетки и почти количественно накапливаться в лизосомах — внутриклеточных структурах, которые можно условно назвать системой переработки клеточного мусора. Средний модуль Юнга ядра SOLID составил 3,57 ГПа.
Печень — не остановка, а «центр утилизации»
После введения в кровь SOLID захватывают нужные молекулы. Одновременно на поверхности частиц формируется так называемая белковая корона — слой белков крови, который влияет на дальнейшее поведение наночастиц в организме.
Именно этот слой помогает направить частицы преимущественно в печень и селезенку. Около 91,6% материала накапливалось в печени, еще 5,5% — в селезенке. В печени наночастицы поглощали клетки, богатые лизосомами, где захваченные болезнетворные молекулы подвергались разрушению.
В экспериментах на мышах SOLID, настроенные на IL-6, дополнительно снизили его концентрацию в сыворотке на 70% по сравнению с чистой терапией антителами. В модели сепсиса семидневная выживаемость выросла с 0 до 66,7%. В другой серии опытов наночастицы, нацеленные на CpG1826, уменьшили проникновение иммунных клеток в легкие в 1,7 раза по сравнению с нейтрализацией CpG.
Важно, что речь пока идет не о готовом лекарстве для людей. Исследователям еще предстоит проверить безопасность и эффективность технологии в дальнейших доклинических испытаниях. В перспективе SOLID могут настраиваться под разные молекулы и, возможно, направляться не только в печень, но и в другие органы.
Идея меняет привычный взгляд на наночастицы: они могут быть не просто «контейнерами» для доставки лекарств или вакцин, а самостоятельными инструментами, способными физически направлять собственное поведение внутри организма.
Мы превратили внутренние свойства наночастиц в терапевтический компонент.
Исследование опирается на более широкий класс технологий LYTAC — молекулярных систем, которые направляют внеклеточные белки в лизосомы для разрушения. Однако SOLID делают ставку на собственные механические свойства наночастиц, а не только на специальный «адресный» компонент для поиска лизосом.