Исследования структуры везикулярных нанолекарств

M.A. Киселев

ЛНФ: В.A. Маслова, O.И. Иваньков

ЛИТ: E.В. Земляная

Разработка систем доставки лекарственных соединений позволяет существенно повысить эффективность применения последних. На сегодняшний день в медицине уже внедрен ряд готовых лекарственных форм на основе различных систем доставки. Эти препараты обладают высокой эффективностью и пользуются большим спросом на рынке лекарственных средств. В этом отношении достаточный интерес представляют носители на основе фосфолипидов как биоразлагаемые, биологически неактивные системы, не имеющие аллергических, антигенных и пирогенных реакций. В последние годы в НИИ биомедицинской химии им. В. Н. Ореховича (Москва, Россия) разработана технология получения систем доставки лекарств на основе везикул малого диаметра из соевого фосфатидилхолина. Уже было установлено, что уменьшение размеров частиц, используемых в качестве транспортных средств для лекарственных соединений, повышает терапевтическую эффективность встроенных лекарств. Малоугловой нейтронный спектрометр ЮМО, который находится на 4 канале высокопоточного импульсного реактора ИБР-2 в ЛНФ ОИЯИ, идеально подходит для определения структурных характеристик наночастиц, таких как размер и форма.

Рис. 1. Схема установки малоуглового рассеяния нейтронов ЮМО (1 – двойной отражатель,  2 – зона реактора с замедлителем, 3 – прерыватель, 4 – первый коллиматор, 5 – вакуумная труба, 6 – второй коллиматор, 7 – термостат, 8 – стойка для образцов, 9 – гониометр, 10-11 – ванадиевый (Vd) стандарт, 12 – кольце-проводной детектор,13 – позиционно-чувствительный детектор "Волга", 14 – детектор прямого пучка.)

Метод малоуглового рассеяния нейтронов является эффективным экспериментальным методом для изучения надатомной структуры вещества и широко используется  для изучения структуры везикулярных систем.  За счет метода вариации контраста есть возможность получить информацию о распределении молекул липидов в везикуле. Методом малоуглового рассеяния нейтронов были исследованы комплексы фосфолипидных транспортных наносистем, а также уже готовые препараты, встроенные в фосфолипидные транспортные наносистемы. Из полученных данных можно сделать вывод, что в целом система стабильна. Важно то, что везикулярная морфология системы сохраняется при всех концентрациях, а параметры меняются незначительно (радиус не более чем на 1.4%, толщина не более чем на 3.6%). При обработке данных от МУРН было достаточно однородного приближения плотности распределения длины рассеяния (ПРДР), это связано с большим контрастом. Была получена информация о толщине липидного бислоя.

Рис. 2. Спектры малоуглового рассеяния нейтронов (точки) и расчетные кривые от везикул ФТНС с концентрациями: а-5%, б- 10%, в- 25%; T=20 ̊ C

Изучение структуры фосфолипидных нанолекарств крайне важно для понимания кинематики этих медицинских соединений в организме человека. Также эти исследования позволили точнее описать характеристики лекарств, которые могут быть в дальнейшем включены в наносистемы столь малого размера. Полученные данные смогут быть использованы для будущего создания лекарств и лекарственных соединений, которые будут обладать меньшим количеством побочных эффектов на организм человека. Чтобы информация была полной, метод малоуглового рассеяния нейтронов можно дополнить методами малоуглового рентгеновского рассеяния, рефлектриметрии, динамического рассеяния света и атомно-силовой микроскопии

Таким образом, можно заключить, что метод МУРН отлично подходит для изучения основных структурных параметров полидисперсных везикулярных наносистем.  Этот метод может стать важным шагом для создания и развития новых систем доставки лекарственных соединений, а также для повышения эффективности уже существующих лекарств.

Публикации:

[1] Lombardo D., Calandra P., Kiselev M. A. Nanostructures in Nanomedicine: Critical Issues and Perspectives. Proceedings of the 7th World Congress on New Technologies (2021). Doi:10.11159/icnfa21.122

[2] Kiselev M.A., Zemlyanaya E.V., Aswal V.K., et al., What can we learn about the lipid vesicle structure from the small-angle neutron scattering experiment? European Biophysics Journal 35(6) 477-493 (2006). Doi:10.1007/s00249-006-0055-9

[3] Zemlyanaya E.V., Kiselev M.A., Zhabitskaya E.I., et al., The small-angle neutron scattering data analysis of the phospholipid transport nanosystem structure. In Journal of Physics: Conference Series 1023(1), 012017 (2018). Doi:10.1088/1742-6596/1023/1/012017

[4] Bashashin M., Zemlyanaya E., Kiselev M., Parallel SFF-SANS study of structure of polydispersed vesicular systems. In International Conference on Numerical Methods and Applications, Springer, Cham. 309-317 (2018). Doi:10.1007/978-3-030-10692-8_34

[5] Kiselev M.A., Selyakov D.N., Gapon I.V., et al., Investigation of Nanodrug Phospholipovit by Small-Angle Neutron Scattering. Crystallography Reports, 64(4), 656-661 (2019). Doi:10.1134/S1063774519040114

[6] Lombardo D., Calandra P., Kiselev M.A., Structural characterization of biomaterials by means of small angle X-rays and neutron scattering (saxs and sans), and light scattering experiments. Molecules, 25(23), 5624 (2020). Doi:10.3390/molecules25235624