Как стареют магнитные наночастицы, попадающие в организм

МРТ с контрастным веществом позволяет подробно изучить тело человека за счёт внедрения в него магнитных наночастиц. Их вводят в организм, чтобы лучше рассмотреть нужный орган. Как и когда эти частицы покидают наш организм и покидают ли вообще, выяснили российские исследователи.

Магнитные наночастицы попадают в организм людей не только с контрастом во время МТР, но и как лекарство при онкологических заболеваниях. Их используют в таргетной терапии для доставки к опухоли токсичных для организма лекарств. Или для того чтобы убивать опухоль гипертермией: частицы доставляют прямо в опухоль и нагревают их магнитным полем, пока они не "сожгут" опухоль изнутри.

Что происходит потом с магнитными частицами в организме – когда они уже выполнят свою функцию, – исследовала на животных команда ученых из ИБХ РАН, МФТИ и других вузов.

Ученые разобрались, как "стареют" и распадаются магнитные наночастицы в организме млекопитающих. Результаты работы опубликованы в журнале ACS Nano.

Для слежения за траекторией жизни выполнивших свою задачу магнитных частиц российские ученые-биохимики разработали новый спектральный магнитный метод детектирования материалов. Он позволяет отделять сигнал внедренных в организм магнитных наночастиц от сигнала железа, которое содержится в теле млекопитающего.

Для этого над магнитной катушкой размещали живую подопытную мышь так, чтобы магнитное поле охватывало область печени и селезенки грызуна – именно в этих органах больше всего накапливаются магнитные наночастицы.

Затем по магнитному отклику наночастиц измеряли, какое количество железа осталось в составе частиц, и сколько этого железа успели захватить белки млекопитающего.

Подчеркнем, что метод дал возможность проводить измерения, не умерщвляя животных.

Наблюдение за грызунами велось на протяжении года с момента ввода наночастиц в их организм.

Ученые сравнили скорость распределения по организму в общей сложности 17 типов наночастиц. Также они изучили влияние на этот процесс размера наночастиц, введенной дозы, заряда поверхности частицы, ее покрытия и внутреннего строения.

Оказалось, что после введения в кровоток наночастицы накапливаются в лизосомах. Последние помогают клеткам "переваривать" макромолекулы. Затем наночастицы медленно растворяются в клетках под действием кислоты и ферментов.

Ученые показали, что скорость "биоразложения" наночастиц в организме сильно зависит от их внутреннего строения.

Изменяя дизайн наночастиц, можно ускорить время их полного "растворения" в тканях организма с нескольких лет до одного месяца. К примеру, быстрее всего перерабатывались маленькие наночастицы с отрицательным зарядом. А для наночастиц, покрытых полимерной оболочкой, их растворению в организме меньше всех мешал полимер глюкуроновой кислоты, а больше всех – полистирол.

"Эта работа была бы невозможна без создания метода неинвазивного детектирования магнитных частиц в организме. Использование классических подходов потребовало бы для подобного эксперимента более тысячи мышей, что неразумно как по этическим соображениям, так и с точки зрения финансовых и человеческих трудозатрат", ‒ отмечает Максим Никитин из МФТИ, один из авторов статьи в журнале ACS Nano.

Ученые попытались также разобраться, что происходит с остатками наночастиц в организме. Выяснилось, что избыточное железо, которое образовалось при растворении частиц, не выводится из организма. Одновременно у животных уменьшалось усвоение поступавшего с пищей железа.

В результате железо из магнитных наночастиц полностью переходило в низкотоксичные формы, откладывалось в печени и селезенке и, вероятно, использовалось организмом по своему усмотрению: для создания эритроцитов, регуляции метаболических процессов и других применений.

Важным открытием стало отсутствие долговременной токсичности магнитных частиц для организма. Единственными изменениями, которые были обнаружены, оказались временное увеличение популяции иммунных клеток, участвующих в распознавании частиц и их переработке, а также долговременное отложение избыточного железа в печени и селезенке.

"Факт, что магнитные частицы переходят в биогенное железо, можно использовать для лечения некоторых форм анемий", – говорит Иван Зелепукин из Института биоорганической химии РАН.

Ученые считают, что результаты их исследования помогут создать разумный дизайн наноматериалов, чтобы контролировать скорость высвобождения железа.

Исследование было выполнено при поддержке Российского научного фонда и Российского фонда фундаментальных исследований и является продолжением серии работ, в которых изучаются механизмы взаимодействия частиц с организмом.

Ранее мы сообщали, как татуировка из наночастиц золота будет следить за здоровьем владельца, а также о наноткани для сердца. Кроме того, мы рассказывали как наночастицы спасают от паразитов, пожирающих мозг.

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".