Диссертация (1103804), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Такие полимеры могут быть37использованы в частицах типа ядро-оболочка, липосомах, мицеллах, аименно в качестве внешнего полимерного слоя или в структуре полимерныхдендримеров.В работах [28–30] были получены полиэлектролитные капсулы свключенным в оболочку красителем – флуоресцеин изотиоцианатом.
Даннаямодификацияполиэлектролитныхкапсулобеспечиваетвозможностьфотосенсибилизированного разрушения посредством лазерного излучения.Темижеавторамиописываетсявработе[31]другойспособфотосенсибилазции полиэлектролитных микрокапсул, за счет включения вих структуру наночастиц серебра и золота. Причем показана возможностьрегулировки чувствительности таких капсул к лазерному излучению путемизменения методики синтеза.1.5.2 Электромагнитные воздействияАктивация носителей лекарственных веществ, в структуру которыхвстроены магнитные наночастицы, может производиться путем воздействияна них высокочастотного магнитного полем.
В работе [23] описанырезультаты экспериментов по изменению проницаемости мембран липосомпосредством переменного магнитного поля, в структуру которых быливстроены стабилизированные гидрофобизированные суперпарамагнитныенаночастицы оксида железа (рис. 20).38Рис. 20 – Схематическое изображение липосом со встроенными вмембрану суперпарамагнитными наночастицами оксида железаВ данной работе липосомы синтезировались из фосфалипида 1,2дистероил-sn-глицеро-3-фосфохолин,температураплавлениякоторогосоставляет около 55 ⁰ С. При воздействии переменным магнитным полем счастотой230кГцсуперпарамагнитныенаночастицыоксидажелезаразогревались, что приводило к плавлению и соответствующему увеличениюпроницаемости липидной мембраны. Важно отметить, что при такомразогревании наночастиц, находящихся в мембране липосом, снижаетсягипертермия живых клеток, тканей организма.ВдругойэлектромагнитномуработевизлучениюкачествеСВЧкапсул,чувствительныхдиапазона,киспользовалисьполиэлектролитные микрокапсулы размером 2,4 нм, содержащие в своейструктуре наночастицы серебра размером 8 нм [24].
Метод синтеза такихкапсул основан на полиионной сборке – поочередном осаждении анионных икатионных полимерных молекул на поверхность нано, микрочастицы, споследующим удалением (растворением) частицы (рис. 21) [95].Рис. 21 – Схематическое изображение стадий синтезаполиэлектролитных капсул методом полиионной сборки: поочередноеосаждение поликатионов и полианионов на поверхность частицы ирастворение наночастицы при изменении значения рН раствора39Используемыевработесинтезированыизполиаллиламингидрохлорида,полимерныеполиэлектролитов:авмикрокапсулыполистиролкачествечастицбылисульфонатаииспользовалисьмикрочастицы MnCO3. При воздействии на такие капсулы электромагнитнымизлучением частотой 2,45 ГГц и мощностью 13,5 Вт/см2 в течение 3 минбылозафиксированоразрушениеполимернойоболочкикапсулы.Наблюдаемый эффект был обусловлен нагревом наночастиц серебра СВЧизлучением, в связи с их высокой электро и теплопроводностью.
В случаеаналогичного воздействия на полимерные капсулы, не содержащих в своейоболочке наночастицы серебра, наблюдалось лишь деформация формыкапсул [24].1.5.3 Ультразвуковое воздействиеКак известно, ультразвуковое воздействие на организм широкоиспользуется в диагностике. В адресной доставке лекарств ультразвукиспользуют, главным образом, для активации носителей лекарств, а именнодля высвобождения инкапсулированного вещества. Ультразвук воздействуетакустическим (звуковым) давлением на микро или нанообъекты (рис. 22)[96].Рис.
22 – Схематическое изображение разрушение капсул под воздействиемультразвукаКапсулы чувствительные к ультразвуку – это газовые пузырьки соболочкойизлипидов,сахаров,белковилиполимеров.Самымираспространенными являются полимерные и липидные оболочки капсул.Однако, чувствительными к ультразвуку элементами капсул могут такжеявляться металлические наночастицы. К примеру, в работе [97] были40синтезированы полимерные капсулы, содержащие наночастицы серебра.Полимерная оболочка была сформирована из полиалиламин гидрохлорида исульфатадекстранаметодомполиионнойсборкинакремниевыхнаночастицах (рис.
23). Наночастицы впоследствии удалялись путемрастворения в плавиковой кислоте. Наночастицы серебра включались вструктуруполимернойоболочки.Размерполученныхполимерныхнанокомпозитных капсул не превышал 1 мкм. Инкапсуляция флуоресцеинизотиоцианата декстрана проводилась при нагреве капсул до температуры70⁰ С, при которой в полимерной оболочке образуются поры. Мощность ичастота ультразвукового воздействия составляли 170 Вт и 50 Гцсоответственно.Рис.
23 – Схематическое изображение синтеза полимерных капсул. а –формирование полимерной оболочки на кремниевой наночастице методомполиионной сборки, б – растворение наночастицы кремния в кислоте HF ивключение в структуру полимерной оболочки наночастиц серебра, в –капсуляция флуоресцеин изотиоцианата декстрана при нагреве капсулы до70°СРазрушение таких полимерных капсул ультразвуковым воздействиемможетбытьобусловленокавитациейобразующихсягазовыхмикропузырьков и деформацией формы полимерной оболочке. Наночастицысеребра включались в оболочку капсулы для увеличения жесткости оболочкии создания контраста плотности, тем самым увеличивая чувствительностькапсул к ультразвуку.Полимеры используются для создания более твердых оболочек, алипиды для создания более гибких.
В связи с этим на полимерные капсулынеобходимо воздействовать ультразвуком с большей частотой (более 1541МГц).Толщинаполимерныхстенокобычносоставляетдесяткинаномметров, в то время как при использовании липидов – толщинасоставляет несколько нанометров. Частоту ультразвука, используемого длявскрытия капсул, выбирают в зависимости от размера используемых капсул,так для капсул размером в несколько микрон необходимо использоватьултразвук с частотой уровня мегагерц.Липидные структуры менее стабильны чем полимерные капсулы, чтообуславливаетвоздействию.ихбольшуюДестабилизациячувствительностьгазовыхпузырьковкультразвуковомуподвоздействиемультразвука происходит в связи с поочередным расширением и сжиманиемобъема газового пузырька (рис. 24) [96].Рис.
24 – Иллюстрация характерного изменения формы газовыхмикропузырьков под действием ультразвука1.5.4 Воздействие электрическим полемВ научной литературе достаточно широко освещено явлениеэлектропорации мембран липосом и клеток – образование пор в двойномлипидном мембранном слое под действием внешнего электрического поля.Разность потенциалов на мембране обычно составляет около 0,1В, а толщинамембраны не превышает 10 нм, таким образом, напряженность поля равна107В/м.
Разность потенциалов при электрическом пробое может составлятьболее 1В. [98]. Обычно для электропорации используются импульсныевоздействия электрического поля напряженностью в несколько киловольт на42метр и длительностью в несколько микросекунд.
В результате возникающихв околомембранном пространстве токов происходит накопление заряда намембране,котораявданном случаеведетсебякакконденсатор,трансмембранный потенциал при этом возрастает. Мембрана теряет своюцелостность, как только трансмембранный потенциал становится вышеопределенного порогового значения, при этом значительно возрастаетионныйимолекулярныйтранспортчерезобразовавшиесяпоры.Сопротивление двуслойной липидной мембраны достигает 107 – 108 Ом⋅см2за счет внутренней области слоя, образованной двумя рядами гидрофобныхуглеводородных хвостов липидных молекул, обладающих очень низкойдиэлектрической проницаемостью относительно внешней водной среды,поэтому ионам энергетически невыгодно находиться в этой области. Заряд наповерхности липидной мембраны обусловлен полярными гидрофильнымичастями липидных молекул.
По обе стороны от мембраны, в раствореприсутствуютионы,которыеэкранируютэтизаряды,исоздаютдиффузионную обкладку двойного электрического слоя, возникающий приэтом скачок электрического потенциала носит название поверхностногоскачка потенциала. Трансмембранный скачок потенциала возникает в случаеполяризации мембраны внешним электрическим полем, или же по причинегенерации неравновесной концентрации электролитов по обе стороны отмембраны. Таким образом, мембрана является диэлектриком, во многихматематических моделях электропорации, ее можно представить, какконденсатор. Процессы, происходящие в реальной мембране под действиемимпульсов внешнего электрического поля, широко освящены в литературе,имеютсякактеоретическиестатьи,такистатьи,подкрепленныеэкспериментами, при которых, как правило, проводится электропорациямембраны.
Было экспериментально установлено, что разрушение мембраныпод действием внешнего электрического поля происходит в следствиинакопления локальных дефектов мембраны, называемых порами. Излитературы известно, что эффекта электропорации клеточных мембран43(липосом) можно добиться при воздействии импульсов электрического полянапряженностью 0,5 – 15 кВ/см и длительностью 10 мкс – 5 мс [99]. Приэлектропорации в бислойной липидной мембране образуются поры, размерыкоторых будут расти при дальнейшем воздействии электрического поля илиуменьшаться при отсутствия всякого воздействия на них [100].
Причемсначала образуются гидрофобные поры, которые затем могут статьгидрофильными при соответствующей переориентации липидных молекул(рис. 25), далее при отсутствии воздействия возможна релаксация свосстановлением изначальной формы мембраны.Рис. 25 – Схематическое изображение образования поры в липидноймембране при электропорации и преобразование гидрофобной поры вгидрофильнуюПри большей длительности или напряженности электрическихимпульсов мембрана разрушается без возможности релаксации.
Эффектэлектропорации с последующей релаксацией структуры клеточной мембраныиспользуют, в частности, для трансфекции. [99].В плоских мембранах порынаходятся на относительно большом расстоянии друг от друга, и слияние ихмаловероятно, но теоретические расчеты показывают, что в случае изогнутоймембраны (например, липосомальной), поры мигрируют в область с большимтрансмембранным потенциалом, и может происходить слияние пор – в этомслучае происходит образование крупных дефектов, называемых трещинами.Кроме того, процесс электропорации в цвиттерионных мембранах можетзначительно отличаться от такового в анионных. Тем не менее, если мыбудем рассматривать мембрану реальной клетки, а не простой липидныйслой, или иную модельную систему, то в силу наличия в мембране реальной44клетки белков и сахаров, процесс электропорации клеточной мембранытакже может значительно отличаться от рассматриваемой модели.1.5.5 Воздействие магнитным полемНа сегодняшний день, в биомедицинских приложениях магнитныенаночастицы рассматриваются, во-первых, в качестве агентов-переносчиковлекарственных веществ in vivo под действием внешнего магнитного поля [87,88], во-вторых, в качестве инструмента генерации точечной гипертермиипосредством магнетокалорического эффекта [23], в-третьих, в качествеконтрастных визуализирующих агентов, к примеру, в магнитно-резонанснойтомографии[101].Наиболееподходящимиичастоиспользуемымиматериалами для диагностических и терапевтических целей являютсяферромагнитные, ферримагнитные и суперпарамагнитные наночастицы,поскольку они обладают значительной чувствительностью к магнитномуполю и относительной безвредностью (нетоксичностью) для организма, кпримеру, наночастицы магнетита, маггемита, оксида никеля, кобальта,оксида железа и пр.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
