Наночашки с плотно прилегающими нанокрышками хранят в себе груз до тех пор, пока не распадутся.

В медицине часто бывает важно, чтобы какой-то препарат попадал в организм в строго определенное время. Например, многие вакцины вводят несколькими небольшими порциями, соблюдая между ними какие-то временные интервалы – при такой схеме вакцинации иммунитет лучше понимает, с чем ему надо бороться, лучше запоминает молекулярные особенности потенциального противника. Но для этого нужно регулярно ходить к врачу, что не всегда удобно, а порой и просто невозможно.

Наноконтейнеры, закрытые нанокрышками. (Фото: Langer lab.)

Робот распределяет груз по наноконтейнерам перед тем, как их запечатают. (Фото: Langer lab.)

В последнее время появляется много разработок, связанных с медицинскими «грузовыми» наночастицами – их нагружают каким-то веществом, скажем, лекарством или вакциной, и отправляют в организм. Наночастицы можно снабдить конкретным адресом, чтобы они искали какой-то конкретный орган или раковую опухоль, или же их можно настроить на то, чтобы они освобождали свой груз на сразу, а постепенно, обеспечивая таким образом более длительное действие лекарства. Подобные наночастицы, в частности, делали в лаборатории Роберта Лэнгера (Robert Langer) в Массачусетском технологическом институте. Однако если речь идет о сложной, многоступенчатой схеме вакцинации, то вакцина должна выходить из наночастицы не медленно и непрерывно, а время от времени и сразу.

Чтобы обеспечить порционный выход вакцины, Лэнгер и его коллеги использовали биоразлагемый полимер PLGA, состоящий из сополимеризованных остатков молочной и гликолевой кислот. PLGA широко используют при создании материалов для имплантатов, протезов, хирургических инструментов. В данном случае исследователей заинтересовало то, что этот полимер способен распадаться с разной скоростью – в зависимости от того, как его модифицируют. То есть можно сделать набор наночастиц из модифицированного PLGA, которые будут распадаться по очереди, какие-то быстрее, какие-то медленнее.

Но если мы хотим, чтобы вакцина выходила из частиц с перерывами, она должна быть в них заперта – заперта до того момента, пока частица не разрушится в свой срок. Очевидно, тут нужно сделать что-то вроде нанокастрюли или наночашки, в которую можно было бы внести вакцину и плотно закрыть нанокрышкой до поры, до времени. Обычные методы, в том числе и методы 3D-печати по разным причинам тут не подходили, и авторы работы воспользовались технологиями, с помощью которых делают компьютерные чипы. С помощью фотолитографии он сделали силиконовые формы для «чашек» и «крышек», в формы заливали полимер PLGA, после чего на лист с отлитыми «чашками» накладывали лист с отлитыми «крышками» и слегка нагревали – в результате «крышка» плотно запечатывала «чашку».

Поначалу в «чашках» – которые, впрочем, выглядели не как чашки, а как параллелепипеды размером в несколько сотен микрометров – не было ничего. Потом, когда убедились, что «крышки» подходят к ним хорошо, их решили испытать на мышах. В наноконтейнеры перед запечатыванием добавляли овальбумин – яичный белок, который используют, когда хотят спровоцировать иммунную реакцию. PLGA, из которого отливали «наночашки», модифицировали так, чтобы он разрушался через 9, через 20 и через 41 день после введения в организм. В статье в Science говорится, что из наночастиц ничего преждевременно не вытекало, и что иммунный ответ на овальбумин происходил строго по расписанию – как если бы его каждый раз вводили специально инъекцией. Между тем инъекция была только одна – в ней содержалась смесь наночастиц, который должны были разрушиться в разное время.

Исследователи также сконструировали наноконтейнеры, которые открываются еще позже – через несколько сотен дней, и сейчас эти долгоиграющие частицы испытывают с разными веществами, в том числе с вакциной против полиомиелита. Новый метод позволяет делать не только кубики и параллелепипеды – наночастицы можно лепить разной формы и из разных материалов, и, соответственно, применения для них можно найти самое разное, как в медицине, так и в других областях.