Специалисты Томского политехнического университета (ТПУ) в составе крупной научной коллаборации разработали новый метод эффективной и безопасной доставки лекарственных препаратов в мозг через нос. Созданные ими электроактивные наноактуаторы типа «ядро-оболочка» позволяют транспортировать медикаменты с помощью обонятельных рецепторов, преодолевая ключевые барьеры нейромедицины.
Разработка политехников обладает свойством точно направленного действия и может управляться дистанционно под воздействием безопасных доз магнитного поля.
Преодоление Гематоэнцефалического Барьера
Традиционная доставка лекарств в мозг через кровеносную систему часто страдает от низкой эффективности, поскольку мозг защищен гематоэнцефалическим барьером (ГЭБ). Этот защитный механизм требует увеличения доз доставляемых лекарств для достижения терапевтического эффекта, что, в свою очередь, повышает риск негативных побочных эффектов. Ученые ТПУ предложили новаторский подход к увеличению эффективности доставки, используя стимуляцию обонятельной системы.
Механизм действия и состав наноактуаторов
Разработанные специалистами электроактивные наноактуаторы имеют структуру «ядро-оболочка». Ядро наночастицы состоит из феррита марганца, а оболочка — из сегнетоэлектрического материала первоксита. Эта тонкая оболочка, толщина которой составляет до пяти нанометров, способна изменять свои свойства при воздействии электрического поля.
Наночастицы обладают сильным магнитоэлектрическим откликом. Это критическое свойство позволяет «активировать» высокоэффективную и беспроводную электростимуляцию клеток и тканей за счет слабого внешнего магнитного поля, которое безопасно для тканей.
Руководитель исследования, ведущий научный сотрудник ТПУ Роман Чернозем, подчеркнул, что процесс синтеза этих наноактуаторов (микроволновым гидротермальным методом) проходит без использования дополнительной высокотемпературной обработки — отжига. Это позволяет минимизировать образование крупных частиц, что могло бы затруднять их направленное движение в организме.
Результаты испытаний и перспективы
Наноактуаторы были протестированы в комплексных экспериментах: in vitro на культурах человеческого мозга, ex vivo на срезах гиппокампа мышей и in vivo на обонятельной системе мышей. Исследования подтвердили, что наноактуаторы легко поглощаются нейронами.
Под воздействием магнитного поля наночастицы преобразуют электрические импульсы в химические сигналы, активируя внутриклеточные процессы и ускоряя транспортировку препаратов из носа непосредственно в мозг. При этом функции носовой ткани и процесс управления активностью нейронов проходит без нарушения функций эпителиального барьера.
Директор международного научно-исследовательского центра ТПУ Роман Сурменев отметил, что благодаря неинвазивной природе, точному управлению процессом доставки и локализации, разработанные наностимуляторы позволяют обеспечить высокую эффективность интраназальной доставки различных биомолекул. Это открывает новые возможности для терапии нейродегенеративных заболеваний и онкологии, помогая решать актуальные проблемы современной нейромедицины.
Исследование, в котором приняли участие ученые из России, Португалии и Китая, было поддержано грантами Минобрнауки России и Российского научного фонда. Результаты работ опубликованы в авторитетном журнале Journal of Controlled Release.
