Еритроцит і бактерію перетворили на інструмент точкової доставки ліків

Німецькі вчені сконструювали доставник речовин всередині організму з еритроциту і кишкової палички. Бактерія з джгутиками прикріплюється до еритроциту, що несе в собі ліки або іншу речовину, а також суперпарамагнітні наночастинки. У результаті утворюється конструкція, в якій бактерія відповідає за рух вперед, а еритроцит коригує напрямок під дією зовнішнього магнітного поля, повідомляють дослідники в журналі.

Майже всі ліки мають побічні ефекти. Часто це обумовлено тим, що діюча речовина потрапляє не тільки в потрібний орган, а й в інші зони організму. Для вирішення цієї проблеми, вчені створюють системи «прицільної» доставки ліків. Щоб засоби доставки самі не завдавали шкоди, їх часто роблять не штучними, а з живих клітин або мікроорганізмів. Але в цьому випадку досить складно створити ефективну і точну систему руху та управління.

Вчені під керівництвом Метіна Сітті (Metin Sitti) з Інституту інтелектуальних систем Товариства Макса Планка створили новий комплекс для точкової доставки речовин на основі двох біологічних об'єктів - клітини еритроциту і штаму бактерії кишкової палички (MG1655) з джгутиками. Як речовину для доставки дослідники вибрали доксорубіцин, який часто застосовують у хіміотерапії раку.

Спочатку дослідники поміщали еритроцити в розчин, що містить доксорубіцин, суперпарамагнітні наночастинки оксиду заліза, а також допоміжні речовини. Умови обробки і концентрація речовин були підібрані таким чином, що в еритроцитах відкривалися пори, через які з них виходив гемоглобін і проникав доксорубіцин і частинки оксиду заліза, а потім пори знову закривалися. У результаті виникала клітина, що несе в собі потрібну речовину і придатна для управління за допомогою магнітного поля. Однак вона не може пересуватися сама по собі, тому в якості мотора вчені прикріпили до неї бактерію кишкової палички з джгутиками.

Щоб надійно прикріпити бактерію до еритроциту, вчені генетично модифікували її таким чином, щоб вона експресувала на своїй мембрані білок, мічений біотином. Також ці бактерії покривали стрептавидином, який утворює з біотином один з найсильніших нековалентних зв'язків в природі. Оскільки еритроцити також покривалися біотином, вони надійно з'єднувалися з бактеріями і утворювали єдину конструкцію, в якій бактерія виконує роль двигуна, а еритроцит служить як «керма».

Дослідники експериментально перевірили працездатність такої схеми, використавши п'ять електромагнітних котушок, які дозволяли змінювати вектор магнітної індукції і повертати весь комплекс. Дослідники відзначають, що частина зразків рухалася відносно прямолінійно, а інша частина по спіралі. Автори пов'язують це з тим, що частина бактерій могла прикріпитися до еритроциту збоку, а не по центру.

Вчені перевірили механізм вивільнення речовини з еритроциту. З'ясувалося, що при pH, рівному 3,1, за добу з еритроциту виходить 98 відсотків доксорубіцину. Дослідники пропонують використовувати цю властивість для доставки цієї або інших речовин до ракових пухлин, для яких кислотне середовище вважається сприятливим. Крім механізму вивільнення ліків вчені передбачили і механізм вбивства еритроцитів і бактерій після виконання роботи. Для цього вони ввели в еритроцити речовину, яка сильно нагрівається під дією випромінювання в ближньому інфрачервоному діапазоні і викликає смерть бактерії і еритроциту від перегрівання.

Є безліч інших розробок для точкової доставки ліків, заснованих на біологічних об'єктах. Наприклад, минулого року інша група вчених з Німеччини створила гібридний доставник доксорубіцину в ракові клітини, що складається зі сперматозоїду і металевої конструкції. Вона дозволяє керувати рухом сперматозоїду за допомогою магнітного поля, а також вивільняти речовину при зіткненні з клітинами пухлини.