Эритроцит и бактерию превратили в инструмент точечной доставки лекарств

Немецкие ученые сконструировали доставщик веществ внутри организма из эритроцита и кишечной палочки. Бактерия со жгутиками прикрепляется к эритроциту, несущему в себе лекарство или другое вещество, а также суперпарамагнитные наночастицы. В результате образуется конструкция, в которой бактерия отвечает за движение вперед, а эритроцит корректирует направление под действием внешнего магнитного поля, сообщают исследователи в журнале Science Robotics.

Почти все лекарства обладают побочными эффектами. Часто это обусловлено тем, что действующее вещество попадает не только в нужный орган, но и в другие зоны организма. Для решения этой проблемы, ученые создают системы «прицельной» доставки лекарств. Чтобы средства доставки сами не причиняли вред, их часто делают не искусственными, а из живых клеток или микроорганизмов. Но в этом случае довольно сложно создать эффективную и точную систему движения и управления.

Ученые под руководством Метина Ситти (Metin Sitti) из Института интеллектуальных систем Общества Макса Планка создали новый комплекс для точечной доставки веществ на основе двух биологических объектов — клетки эритроцита и штамма бактерии кишечной палочки (Escherichia coli MG1655) со жгутиками. В качестве вещества для доставки исследователи выбрали доксорубицин, который часто применяют в химиотерапии рака.

Сначала исследователи помещали эритроциты в раствор, содержащий доксорубицин, суперпарамагнитные наночастицы оксида железа, а также вспомогательные вещества. Условия обработки и концентрация веществ были подобраны таким образом, что в эритроцитах открывались поры, через которые из них выходил гемоглобин и проникал доксорубицин и частицы оксида железа, а затем поры снова закрывались. В результате возникала клетка, несущая в себе нужное вещество и пригодная для управления с помощью магнитного поля. Однако она не может передвигаться сама по себе, поэтому в качестве мотора ученые прикрепили к ней бактерию кишечной палочки со жгутиками.

Чтобы надежно прикрепить бактерию к эритроциту, ученые генетически модифицировали ее таким образом, чтобы она экспрессировала на своей мембране белок, меченый биотином. Также эти бактерии покрывали стрептавидином, который образует с биотином одну из сильнейших нековалентных связей в природе. Поскольку эритроциты также покрывались биотином, они надежно соединялись с бактериями и образовывали единую конструкцию, в которой бактерия выполняет роль двигателя, а эритроцит служит в качестве «руля».

Исследователи экспериментально проверили работоспособность такой схемы, использовав пять электромагнитных катушек, которые позволяли менять вектор магнитной индукции и поворачивать весь комплекс. Исследователи отмечают, что часть образцов двигалась относительно прямолинейно, а другая часть по спирали. Авторы связывают это с тем, что часть бактерий могла прикрепиться к эритроциту сбоку, а не по центру.

Ученые проверили механизм высвобождения вещества из эритроцита. Выяснилось, что при pH, равном 3,1, за сутки из эритроцита выходит 98 процентов доксорубицина. Исследователи предлагают использовать это свойство для доставки этого или других веществ к раковым опухолям, для которых кислотная среда считается благоприятной. Помимо механизма высвобождения лекарства ученые предусмотрели и механизм убийства эритроцитов и бактерий после выполнения работы. Для этого они ввели в эритроциты вещество, которое сильно нагревается под действием излучения в ближнем инфракрасном диапазоне и вызывает смерть бактерии и эритроцита от перегревания.

Есть множество других разработок для точечной доставки лекарств, основанных на биологических объектах. Например, в прошлом году другая группа ученых из Германии создала гибридный доставщик доксорубицина в раковые клетки, состоящий из сперматозоида и металлической конструкции. Она позволяет управлять движением сперматозоида с помощью магнитного поля, а также высвобождать вещество при столкновении с клетками опухоли.

Григорий Копиев