Он позволит ускорить создание биоразлагаемых наноконтейнеров для адресной доставки лекарств и развитие сложных полимерных структур.
Российские физики из Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», Московского физико-технического института, Института органической химии имени Н.Д. Зелинского РАН и Института проблем механики имени А.Ю. Ишлинского РАН создали метод определения формы и размеров молекул полимеров при растворении в органических растворителях на основе замеров ядерного магнитного резонанса.
Этот метод позволит ускорить работу по созданию биоразлагаемых наноконтейнеров с лекарственными средствами. Учёные разрабатывают возможность доставки и контролируемого высвобождения лекарства в нужном месте и моменте времени, проще говоря, чтобы лекарства попадали к больному органу, но не затрагивали остальные процессы в организме. Для этого необходимо сделать так, чтобы сам материал контейнера оставался химически инертным в ходе взаимодействия лекарств с биологическими жидкостями и клетками.
Разработанный метод на основе данных ядерного магнитного резонанса (ЯМР) о диффузионной подвижности растворённого полимера позволяет определять форму и размеры молекул полимера. Наиболее подходящей формой для молекул полимера выбрана линейная, или стержневая, которая образуется уже в заданном растворителе.
Для исследования метода учёные выбрали двухкомпонентную систему, где в качестве растворителя выступил дейтерохлороформ — наиболее часто употребляемый при спектроскопии ЯМР, а растворённым веществом стал полиэтиленгликоль, широко используемый в фармацевтике.
«Выбор именно такого растворителя, а не традиционно применяемого хлороформа CHCl₃, продиктован тем, что в разработанном нами методе улавливается сигнал от протонов, входящих в состав растворённых молекул полимера», — рассказал профессор кафедры общей физики МФТИ Александр Максимычев.
Важно пояснить, что ЯМР — явление, возникающее при взаимодействиях внешнего магнитного поля с магнитным полем ядер более сложно устроенных атомов, в которых присутствует нечётное число протонов и нейтронов. При взаимодействии радиоволн и других форм излучения на определённых длинах волн ядра начинают поглощать и вырабатывать электромагнитные колебания. При взаимодействиях изучаемых образцов с определённым набором радиочастотных импульсов происходит спонтанное возникновение сигнала ЯМР — спиновое эхо.
Во время разработки методов учёные выяснили, что спиновое эхо можно применять для определения формы молекул полимеров, растворённых в органических растворителях, которые используются при производстве наноконтейнеров для адресной доставки лекарств.
«Для измерения коэффициента диффузии молекул полиэтиленгликоля в дейтерохлороформе применялась специальная методика, в которой в зависимости от времени измерялся спад интенсивности сигналов спинового эха», — пояснила младший научный сотрудник лаборатории фотоники квантово-размерных структур МФТИ Валерия Иванова.
Коэффициент диффузии — количественная характеристика скорости самопроизвольного перемещения частиц вещества, в ходе которого концентрация по всему занимаемому объёму выравнивается.
Спад интенсивности сигналов спинового эха существенным образом отличается для шарообразных и стержневых молекул полимеров. Это позволяет отличать их друг от друга и определять, какую форму примет полимер при растворении в каком-либо растворителе.
В дальнейшем это поможет учёным эффективно и быстро подбирать идеальный состав, концентрацию и структуру полимеров для создания биоразлагаемых наноконтейнеров для лекарственных средств. Кроме того, разработанный метод может быть применим не только в медицине, но и в области развития физикохимии растворов, а также более сложных полимерных структур, таких как алифатические лигандные оболочки нанокристаллов и мицеллы.
Интересно, что:
Возможность точечной доставки лекарственных средств, например, чтобы убивать раковые клетки, но сохранять здоровые, исследовали ещё в конце XIX века. Уже тогда учёные понимали, что необходимо синтезировать противоопухолевые лекарства и транспортировать их с помощью управляемых молекул или частиц.
За более чем 100 лет исследований учёные существенно продвинулись в данном вопросе. Разработка нового метода определения формы и размеров молекул полимеров при растворении в органических растворителях на основе данных ядерного магнитного резонанса, которые сделали российские учёные, приблизил к возможности лечения человека с учётом его индивидуальных особенностей, персонализированному подходу в лечении и выходу медицины на новый уровень.