С помощью биоразлагаемых нановолокон с добавлением белка можно настроить доставку лекарственных средств в том темпе, который нужен для лечения.

Один из популярных методов изготовления микро- и нановолокон – это метод электроспиннинга. Суть его в следующем: к капле раствора или расплава полимера прикладывают высокое напряжение (около 20 киловольт), капля электризуется, и в какой-то момент кулоновские силы отталкивания становятся больше сил поверхностного натяжения, которые сохраняют каплю округлой.

Нановолокна с разной долей полилактида (PLA) и белка (BSA) под электронным микроскопом. (Фото: RSC Adv., 2020, 10, 4672–4680)Открыть в полном размере
Капля начинает вытягиваться, вытягиваться, и получается тонкое волокно; из множества волокон складывается матрикс, в который можно поместить микро- и наночастицы различной природы, углеродные нанотрубки, флуоресцентные красители, лекарственные и антисептические средства, смеси полимеров и биополимеров. Свойства матрикса можно точно настроить для решения конкретной практический задачи, так что электроспиннинговые матриксы пользуются большой популярностью, в том числе и в биотехнологических отраслях.

Разумеется, для биомедицинских целей нужно брать биодеградируемые и биосовместимые полимеры. Один из самых популярных таких полимеров – полилактид (ПЛА), который используют для изготовления биоразлагаемых упаковок, хирургических шовных нитей и штифтов, а также в качестве чернил для 3D-принтеров. Однако у полилактида есть минус – плохая смачиваемость, из-за чего к нему плохо прикрепляются клетки. Чтобы решить эту проблему, в состав матрикса вводят белки – они повышают «контактность» полимера, нетоксичны и выводятся из организма естественным путем, а также могут выступать как терапевтические препараты.

Сотрудники Федерального научного-клинического центра физико-химической медицины (ФНКЦ ФХМ), Московского физико-технического института (МФТИ) и Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (МГУ) экспериментировали с матриксом, сделанным методом электроспиннинга из полилактида и белка бычьего сывороточного альбумина (БСА).

Полилактид в воде растворим, БСА – нет. В таком случае обе составляющие должны были бы разделиться. Но электроспиннинг помог преодолеть фазовое разделение. В статье в RSC Advances говорится, что в каждом волокне есть обе компоненты (волокна анализировали тремя независимыми методами – флуоресцентной микроскопией, энергодисперсионной рентгеновской спектроскопией и спектроскопией комбинационного рассеяния отдельных волокон).

Исследователи обнаружили, что в водной среде белок выходит из состава матрикса (то бишь растворяется) постепенно: в течение недели высвобождается около половины всего содержащегося белка. По словам Дмитрия Клинова, руководителя лаборатории медицинских нанотехнологий ФНКЦ ФХМ и сотрудника кафедры молекулярной и трансляционной медицины МФТИ, варьируя количество белка в «сырье», можно настроить срок биодеградации всего матрикса; модифицируя белок, можно изменить всю поверхность матрикса, пришив к ней какие-то вещества или превратив её в избирательный фильтр.

Наконец, сам эффект постепенного растворения белка можно использовать там, где нужно постепенное и длительное действие лекарств, например, при лечении ожогов и ран.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда.