Микророботов для доставки противоракового препарата сделали из диатомовых водорослей и магнетита

Рак мочевого пузыря входит в десятку наиболее распространенных злокачественных опухолей. Лечение, как правило, комбинированное — после хирургического удаления опухоли в мочевой пузырь через катетер вводят препараты. Однако эффективность ограничена тем, что препараты зачастую плохо проникают в ткань или недостаточно селективно нацелены на опухоль. Попытки улучшить введение препаратов опираются на два основных подхода — использование внешнего поля или доставка с помощью носителей, — у которых имеются свои ограничения. Авторы статьи в Nature Nanotechnology совместили эти подходы для создания магнитных микророботов на основе водорослей, которые обеспечили направленную доставку и селективное высвобождение доксорубицина в опухоли мочевого пузыря мыши. 

За основу взяли диатомовую водоросль Coscinodiscus granii, в пористый кремнеземный панцирь которой удобно заключать лекарственный препарат. Поверхность панциря покрывали наночастицами магнетита, чтобы управлять микророботами с помощью магнитного поля, и наносили слой полидофамина для упаковки самого препарата — доксорубицина.

Система управления была основана на вращающихся магнитных полях. Авторы разработали программируемую систему, которая может переключаться между разными вариантами вращательного и поступательного движения. При этом навигацию контролировала система глубокого обучения, которая получала информацию о местоположении микророботов с данных УЗИ. Управляемость авторы проверили в различных средах, в том числе в мочевом пузыре ex vivo. 

Также ученые проверили, что «магнитные водоросли» при активации усиливают проникновение доксорубицина в гидрогель — за пять минут общий сигнал возрос на 155%, а доксорубицин проникал на 300 мкм глубже, чем в контроле. Это достигалось за счет явления конвекции, которое было вызвано управляемым вращением и ускоряло диффузию препарата в гидрогель. 

Наконец, авторы протестировали разработку на мышиной модели. Они ввели мышам с раком мочевого пузыря микророботов с доксорубицином, свободный доксорубицин или буферный раствор. Микророботы направлялись к опухоли магнитным полем (их положение также отслеживали при помощи УЗИ) и переключались в режим вращения, когда достигали ее. Ученые подтвердили, что доксорубицин накапливался в ткани намного более выраженно и селективно, чем при введении свободного препарата. 

Неделя терапии микророботами привела к выраженному уменьшению опухолевой нагрузки. Биолюминесцентный сигнал от опухоли снизился до 0,59% и 2,36% по сравнению с контролями — буферным раствором и свободным доксорубицином соответственно. Это говорит об усилении терапевтического эффекта более чем в 40 раз. Гистологический анализ показал, что после лечения микророботами сохранялась минимальная остаточная опухолевая масса, но в контрольных группах присутствовали опухоли значительных размеров. При этом выраженной токсичности зарегистрировано не было, и вес мышей, получавших лечение микророботами, сохранялся стабильным.

Таким образом, комбинация двух стратегий — загрузки препарата на носитель и использование внешних полей, в данном случае магнитных, — улучшила доставку доксорубицина в опухоль мочевого пузыря. В ходе недельного доклинического исследования метод снизил опухолевую нагрузку до менее чем 3% по сравнению с традиционным введением доксорубицина. Система может обеспечить неинвазивное преодоление сложных биологических барьеров, которое повысит эффективность и безопасность внутриполостной химиотерапии.

Предложен новый компонент липидных наночастиц для доставки РНК в клетки