Наногубки очищають кров від токсинів

Дослідники з Univ. of California (San Diego, США) запропонували використовувати для видалення токсинів біоміметичні (тобто створені на основі принципів живої природи) наногубки [1]. Ці нові наноматеріали являють собою полімерні наночастинки, вкриті еритроцитарних мембранами (натуральними мембранами еритроцитів). Спосіб отримання таких наночастинок, схематично показаний на рис. 1, був розроблений авторами в попередній роботі [2]. Використовується обробка еритроцитів в гіпотонічному розчині і екструзія.

Рис. 1. Схема отримання наногубок. RBCs-red blood cells – еритроцити (червоні кров’яні тільця).
В гіпотонічному розчині з них виходить гемоглобін, але клітинні мембрани зберігаються і покривають полімерні полилактид-ко-гликолидные (PLGA) наночастинки (блакитні кульки). [2].

 

Наногубки, розроблені авторами [1], здатні нейтралізувати різні пороформирующие токсини, тобто токсини, які вбудовуються в клітинні мембрани, утворюють у них пори і тим самим запускають механізми клітинної загибелі. Слід зауважити, що білкові сполуки, що формують пори, синтезуються в більшості живих організмів. Вони виконують різні функції – служать для захисту від ворогів, для умертвіння і знезараження видобутку, є важливими компонентами імунної системи, антимікробними агентами та ін [3]. На жаль, багато з них дуже небезпечні для людей. Ідентифіковано понад 80 родин пороформирующих токсинів [1]. Типовими представниками є меліттін, що входить до складу отрути бджіл, ос, павуків, скорпіонів, і альфа-гемолизин (α-токсин), що виробляють шкідливі бактерії (стрептококи, стафілококи). Дослідження [1] показали, що ці та інші токсини впроваджуються в натуральну оболонку наногубки як в мембрану цього еритроцита, і утримуються там. Полімерне ядро наногубки стабілізує оболонку і забезпечує тривалу циркуляцію в крові. Наногубки продовжують поглинати токсини, а еритроцити залишаються непошкодженими (мал. 2а). Діаметр наногубки за даними ТИМ становить приблизно 85 нм (рис. 2b).

Рис. 2. а – α-Токсини, які вражають еритроцит (RBC), і
нейтралізація α-токсинів наногубками;
b – ТИМ зображення наногубок, змішаних з α-токсином (шкала 80 нм).
Вгорі виділено збільшене зображення одиничної наногубки (шкала 20 нм).

Рис. 3. Еритроцити після інкубації з α-токсинами і з α-токсинами,
змішаними з PLGA, ліпосомами, еритроцитарних оболонками,
наногубками (зліва направо).

Для перевірки ефективності in vitro розчин наногубок змішували з α-токсинами і додавали до еритроцитів миші. В контрольних експериментах використовували еквівалентні кількості ліпосом і окремо “ядер” і “оболонок” наногубок, тобто полилактид-ко-гликолидных (PLGA) наночастинок і бульбашок – еритроцитарних мембранних оболонок. PLGA і ліпосоми були покриті поліетиленгліколем (ПЕГ) для стабільності. Як видно на рис. 3, тільки наногубки (права пробірка) рятують еритроцити від руйнування (гемоглобін не виділяється).

В експериментах з іншими токсинами – мелиттином і стрептококових стрептолизином-Про – результати були аналогічними. За оцінками кожна наногубка може нейтралізувати приблизно 85 α-токсинів, 30 токсинів стрептолизин-О або 850 мономерів меліттіна. Отже, наногубки можна використовувати проти пороформирующих токсинів з різною молекулярною структурою.

Всі суміші після інкубації профільтрували і виявили, що наногубки і еритроцитарні мембранні оболонки поглинули 90.2 і 95.3% α-токсинів; PLGA і ліпосоми (ті та інші вкриті ПЕГ) практично не абсорбували токсини. Однак виявилося, що хоча мембранні пухирці здатні поглинати токсини, вони не знижують їх шкідливий вплив, оскільки відбувається злиття цих нестабільних мембранних оболонок з еритроцитами. Наногубки завдяки наявності полімерного ядра діють по-іншому. Вони не тільки захоплюють токсини, але і утримують їх в міжклітинному просторі на безпечному для еритроцитів відстані.

Далі автори [1] продемонстрували здатність наногубок нейтралізувати токсини в експериментах на мишах in vivo. Були зроблені підшкірні ін’єкції α-токсинів та їх суміші з наногубками. Через 72 год після ін’єкції токсини викликали у мишей важкі ураження (рис. 4а). Додавання наногубок (токсин:наногубка ~ 70:1) нейтралізувало токсини (рис. 4b).

Рис. 4. Миша через 3 доби після ін’єкції α-токсинів (a)
і суміші токсинів з наногубками (b).

Рис. 5. Детоксикація in vivo. Виживаність мишей через 15 днів після внутрішньовенної ін’єкції α-токсинів (75 мкг/кг). 80 мг наногубок на кг ваги тіла, бульбашки мембран еритроцитів і полімерні наночастинки були введені внутрішньовенно за 2 хв до (а)
або через 2 хв після (b) ін’єкцій токсину

Потім через хвостову вену групі мишей ввели летальну дозу токсинів (75 мкг на кг ваги тіла). В двох інших групах за 2 хв до і через 2 хв після ін’єкції α-токсинів ввели мишам наногубки (80 мг на кг ваги тіла). Результати представлені на рис.5. Токсини викликали 100% загибель мишей через 6 ч. В групі, якій ввели наногубки до токсинів, смертність знизилася до 11%, в групі, якій наногубки ввели після токсинів – до 56%. Попереднє введення як полімерних наночастинок, так і мембранних бульбашок мишей не врятувало.

Вивчення биораспределения наногубок, що поглинув токсини, які в організмі мишей показало, що вони в основному акумулюються в печінці, не викликаючи при цьому ніяких порушень її функцій. Мабуть, токсини видаляються шляхом безпечного метаболізму (можливо, поглинаються макрофагами).

Біорозкладані, біосумісні наногубки, здатні ефективно нейтралізувати різні пороформирующие токсини, можуть виявитися надзвичайно важливими для розвитку методів детоксикації в сучасній медицині.

 

1. Che-Ming J. Hu et al., Nature Nanotech. 8, 336 (2013).

2. Che-Ming J. Hu et al., PNAS 108, 10980 (2011).

3. Ж. В. Андрєєва-Ковалевська та ін, Успіхи біол. наук 48, 267 (2008).

 

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *