Полимерные нанокапсулы со встроенными каналами
Полимерные капсулы стали популярными инструментами в фармацевтической и косметической промышленности в качестве средств для адресной доставки лекарственных препаратов, гормонов и веществ, обладающих запахами в определенные участки организма. Чаще всего для решения таких задач применяются линейные блок-сополимеры, которые образуют везикулы, способные набухать или образовывать поры при нагреве или облучением светом определенной волны, высвобождая в этих условиях свое содержимое.
Рисунок из Macromolecules 2014, DOI: 10.1021/ma501099f
Хен Ху (Heng Hu) и Гуоцзюнь Лю (Guojun Liu) из Королевского Университета Онтарио решили получить капсулы, содержащие уже встроенные в них поры. Такие поры позволяют исследователям контролировать размер молекул, которые могут попадать в капсулу и высвобождаться из нее. Разработанные ранее капсулы из сополимеров были размером в микрометры, дуэт исследователей решил получить капсулы нанометрового размера - предполагалось, что капсулы такого размеры смогут без проблем попадать из желудочно-кишечного тракта в кровеносную систему.
Для получения новых капсул исследователи взяли «звездчатый» сополимер (miktoarm star copolymer), aкласс сополимеров, в котором различные «лучи» сополимера различаются химическим составом. В качестве боковых цепей исследователи выбрали политрет-бутилакрилат (PtBA), полициннамоилоксиэтилметакрилат (PCEMA) и полиэтиленооксид (PEO).
После того, как полимер был получен, исследователи медленно добавляли воду к его раствору в тетрагидрофуране. Полимер самоорганизовывался в везикулы шириной 200 нм. Стенками таких везикул являются PtBA и PCEMA, а боковые фрагменты PEO помогают стабилизировать везикулы в воде.
На следующем этапе работы исследователи провели кросс-сшивку цепей PCEMA, подействовав на полимерные везикулы ультрафиолетом, а затем обработали везикулы трифторуксусной кислотой - это привело к гидролитическому расщеплению содержащих трет-бутильные группы фрагментов PtBA и образованию свободных карбоксильных групп. В кислотной среде получившиеся фрагменты полиакриловой кислоты блокируют проход в каналы капсул, однако с увеличением pH цепи «расступаются», обеспечивая возможность захода веществ в каналы везикулы.
С помощью атомно-силовой микроскопии и просвечивающей электронной микроскопии Uисследователи доказали, что полученные таким образом частицы полые, а диаметр каналов составляет 9 нм. Для того, чтобы испытать капсулы, Ху и Лю загрузили в них флуоресцентный красители поместили заполненные капсулы в водный раствор со значением pH, равным of 2.85. При увеличении pH до 11.23 интенсивность флуоресценции раствора увеличивалась, что доказывало протекания процесса разгрузки капсул.
Ху отмечает, что получение капсул отличается простотой и не требует сложного оборудования. Он уверен, что процесс получения капсул удастся оптимизировать так, чтобы для получения новых переносчиков потребовалось менее трех дней. В настоящее время исследователи пытаются изменить химический состав капсул таким образом, чтобы увеличить их биосовместимость и биодеградируемость.
Рисунок из Macromolecules 2014, DOI: 10.1021/ma501099f
Хен Ху (Heng Hu) и Гуоцзюнь Лю (Guojun Liu) из Королевского Университета Онтарио решили получить капсулы, содержащие уже встроенные в них поры. Такие поры позволяют исследователям контролировать размер молекул, которые могут попадать в капсулу и высвобождаться из нее. Разработанные ранее капсулы из сополимеров были размером в микрометры, дуэт исследователей решил получить капсулы нанометрового размера - предполагалось, что капсулы такого размеры смогут без проблем попадать из желудочно-кишечного тракта в кровеносную систему.
Для получения новых капсул исследователи взяли «звездчатый» сополимер (miktoarm star copolymer), aкласс сополимеров, в котором различные «лучи» сополимера различаются химическим составом. В качестве боковых цепей исследователи выбрали политрет-бутилакрилат (PtBA), полициннамоилоксиэтилметакрилат (PCEMA) и полиэтиленооксид (PEO).
После того, как полимер был получен, исследователи медленно добавляли воду к его раствору в тетрагидрофуране. Полимер самоорганизовывался в везикулы шириной 200 нм. Стенками таких везикул являются PtBA и PCEMA, а боковые фрагменты PEO помогают стабилизировать везикулы в воде.
На следующем этапе работы исследователи провели кросс-сшивку цепей PCEMA, подействовав на полимерные везикулы ультрафиолетом, а затем обработали везикулы трифторуксусной кислотой - это привело к гидролитическому расщеплению содержащих трет-бутильные группы фрагментов PtBA и образованию свободных карбоксильных групп. В кислотной среде получившиеся фрагменты полиакриловой кислоты блокируют проход в каналы капсул, однако с увеличением pH цепи «расступаются», обеспечивая возможность захода веществ в каналы везикулы.
С помощью атомно-силовой микроскопии и просвечивающей электронной микроскопии Uисследователи доказали, что полученные таким образом частицы полые, а диаметр каналов составляет 9 нм. Для того, чтобы испытать капсулы, Ху и Лю загрузили в них флуоресцентный красители поместили заполненные капсулы в водный раствор со значением pH, равным of 2.85. При увеличении pH до 11.23 интенсивность флуоресценции раствора увеличивалась, что доказывало протекания процесса разгрузки капсул.
Ху отмечает, что получение капсул отличается простотой и не требует сложного оборудования. Он уверен, что процесс получения капсул удастся оптимизировать так, чтобы для получения новых переносчиков потребовалось менее трех дней. В настоящее время исследователи пытаются изменить химический состав капсул таким образом, чтобы увеличить их биосовместимость и биодеградируемость.