Диссертация (1144279), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Поэтому ядра, покрытые полимерной полиэлектролитной плёнкой, могут быть растворены для получение полых микрокапсул (Рисунок 1.5). Для биомедицинских приложений рекомендуетсяиспользовать неорганические растворители, чтобы избежать образованиятоксичных продуктов распада. Проницаемость полимерной оболочки вомногом зависит от её химического состава, толщины, матрицы а также отхимического состава, температуры и кислотности среды, в которой находятся данные полимерные носители. Так при температуре выше 35 0 модульупругости плёнки PDADMAC/PSS уменьшается на 2 порядка [46; 47], чтовидимо связано с началом перехода вещества в аморфное состояние [48].Полиэлектролиты делятся на слабые и сильные. Сильные полиэлектролиты в водных растворах полностью ионизованы и соответственно заряды их функциональных групп не меняются при изменении концентрацииионов + и − . У слабых полиэлектролитов степень диссоциации полярных групп (заряд) зависит от pH, а значит варьируя соотношением сильных22и слабых полиэлектролитов в оболочке полиэлектролитной капсулы, возможно контролировать её проницаемость [49].
У подобных капсул, регулируя pH, возможно обратимо переключать состояние открыто-закрыто, длязадач инкапсуляции биологически активных веществ и их целевого высвобождения [50]. Также немаловажным фактором при синтезе микрокапсулыявляется тип используемых ядер, на которых будет сформирована оболочка.Размер ядра и его морфология определяют конечный размер и морфологиюмикрокапсулы, а также толщину и проницаемость её оболочки. В качествеядра могут быть использованы как органические так и неорганические коллоидные частицы, белки, живые клетки и т.д. К наиболее распространённымнеорганическим ядрам относятся MnCo3 , CaCo3 и CdCo3 [45; 51; 52].
К наиболее распространённым органическим ядрам относятся латексные сферы,меламин формальдегид и SiO2 [53–55].Как правило, капсулы на основе органических ядер, отличаются хорошей монодисперсностью. Также их полости, после растворения ядер, могутбыть заполнены различными биологически активными веществами, путёмизменения проницаемости многослойной полиэлектролитной оболочки посредствам изменения pH [49;56], полярности растворителя [57], ионных силраствора [58; 59] или температуры [46; 47].В свою очередь, капсулы на основе пористых неорганических ядер,могут быть непосредственно заполнены путём как адсорбции инкапсулируемого вещества на пористой матрице (ядро), так и добавления инкапсулируемого вещества в состав самих ядер на этапе их синтеза.
Далее модифицированные ядра покрываются полиэлектролитной оболочкой (методпредварительной загрузки), формируя систему «ядро-оболочка», с возможностью последующего растворения ядра [51; 60]. В процессе растворенияядра, некоторые олигомеры могут не полностью растворяться, что приводит к их частичной адсорбции на внутренней поверхности микрокапсулы [58].
Поэтому для биологического применения могут быть предпочтительнее микрокапсулы на основе биосовместимых ядер, таких как пористыйкарбонат кальция CaCo3 [51], мезопористый диоксид кремния (SiO2 ) [60]или различные полилактиды (PLGA, PLA) [61]. В свою очередь, ядра наоснове карбоната кальция, также могут быть растворены.231.3Инкапсуляция биологически активных веществИнкапсуляция (белки, красители, плазмонные наночастиц, инсулин,живые клетки, ферменты, ДНК и т.д. [7; 62–64]) в полимерные микрокапсулы подразделяется на прямые и непрямые методы.
К прямым методаминкапсуляции относятся методики предварительного включения целевыхвеществ в структуру микрокапсул. Так метод преципитации подразумевает добавление инкапсулируемых веществ в растворы солей, применяемыхдля синтеза ядер, вокруг которых формируется полимерная оболочка. Далееядра, например карбонат кальция, могут быть растворены в мягких условиях, при низких pH или при помощи EDTA. В результате инкапсулируемоевещество остаётся внутри полой микрокапсулы.Рисунок 1.6 — Функционализация полиэлектролитных капсул при помощиметаллических неорганическими наночастиц, посредствам включения вмногослойную полиэлектролитную оболочку микрокапсул (PSS/PAH)4 .Типичные TЭM-изображения (a) золотые наночастицы AuNP, (b) золотыенаностержни AuNR и (c) оксид железа Fe3 O4 .
На вставках показаныотдельные модифицированные капсулы. Масштабные полосысоответствуют 50 нм [65].Также, возможно функционализиорвать оболочку полиэлектролитнойкапсулы, путём встраивания различных органических и неорганическихкомпонентов в структуру полиэлектролитной оболочки. Например наночастицы магнетита или различные флуоресцентные красители [7]. Это приводит к тому, что наночастицы магнитита (Fe2 O3 ) делают капсулы чувствительными к внешнему градиентному магнитному полю, а включения24флуоресцентных красителей в ядро или оболочку, наделяет капсулы флуоресцентными свойствами, для возможности визуализации микрокапсул вживых системах [66].Рисунок 1.7 — (a)-(b) Микрокапсулы, состоящие из синтетическихполимеров: a) ТЭМ изображение пустых капсул, б) конфокальнаясканирующая лазерная микроскопия микрокапсул после инкапсуляцияTRITC-декстрана.
(c)-(d) Микрокапсулы, состоящие из биоразлогаемыхполимеров, на основе ядер CaCo3 : c) Атомная силовая микроскопия сухихмикрокапсул, d) конфокальная сканирующая лазерная микроскопия капсулпосле инкапсуляции FITC-декстрана [67].К непрямым методам относятся методики инкапсуляции веществ вполимерные микрокапсулы посредствам изменения проницаемости полимерной оболочки микрокапсулы. Полиэлектролитные капсулы могут бытьчувствительны к изменению кислотности среды (pH), температуры, ионных сил раствора, что позволяет обратимо переводить микрокапсулы из«закрытого» состояния в «открытое» и обратно, посредствам увеличения иуменьшения пор в полимерах. Так при понижении pH, полиэлектролитнаяплёнка набухает, делая оболочку проницаемой и доступной для включения25инкапсулируемых веществ.
После включения в капсулу целевого агента, полиэлектролитную капсулу переводят в закрытое состояние.1.4Визуализация и контроль распределения полимерных носителей вживых системахРазвитие биомедицинских наук и биотехнологий привело к созданиюнового типа упаковки биологически активных веществ, при помощи полимерных систем, для задач адресной доставки лекарственных средств в органы, ткани и клетки парентерально, через локальное или системное кровообращение, что позволяет доставлять лекарственные препараты непосредственно к целевым очагам заболеваний. Подобное селективное введениеинкапсулированных лекарственных средств повышает активность терапевтических молекул в целевых местах биологических тканей, одновременноуменьшая токсические побочные эффекты на участках биологической ткани, не связанных с выбранной зоной воздействия, таким образом уменьшаясистемные эффекты воздействия лекарственных средств на минимальномуровне.Однако, без применения управляемых методов контроля перемещения полимерных микроносителей в живом организме, микроносители будутсвободно перемещаться по кровеносной системе [68–70], накапливаясь вовнутренних органах (лёгкие, печень, почки, желудок, сердце) как показанона рисунке 1.8.
На рисунке 1.8 представлено биораспределение многослойных флуоресцентных полимерных микрокапсул на основе полимолочнойкислоты и декстран сульфата (PLA/DS), функционализированных карбоновыми нанотрубками, в тканях крысы. Суспензия микрокапсул вводилась вхвостовую вену и далее их распределение регистрировалось при помощиметода in vivo биолюминисцентной визуализации, в течение 72 часов. Наглядно показано, что в первые 5 минут капсулы, вместе с кровью разносятсяпо всем тканям, преимущественно накапливаясь в грудном отделе. Рисунок1.8 демонстрирует, что через 1 час после введения капсул в системный кро-26воток, флуоресцентный сигнал, в основном, сохраняется в области расположения внутренних органов, где захватываются естественным способом ихбольшая часть.Рисунок 1.8 — In vivo биолюминесцентная визуализация распределениямногослойных микрокапсул, с однослойными углеродными нанотрубками,в тканях крысы.
Время наблюдения 10 секунд - 72 часа после введениясуспензии капсул в хвостовую вену крысы. [68].Функционализация микроносителей наночастицами редкоземельныхметаллов ( 3 4 ) позволяет неинвазивно управлять перемещением микроносителей при помощи внешних электромагнитных полей. В результате достигается возможность управлять перемещением микроносителей в живыхсистемах . [7; 32–34; 71]27Рисунок 1.9 — (а) Биолюминисцентные изображения клеток 293Т в 24луночном клеточном планшете. В каждую лунку высевались 150 000клеток 293Т. Через 24 часа, микрокапсулы добавлялись в лунки планшета всоотношении 1:1 или 1:10 клеток на капсулу. В лунки столбцов 1,2,5 и 6добавлялись магнитные микрокапсулы в соотношениях 1:1 или 1:10 клетокна капсулу.
В лунки столбцов 3 и 4 добавлялись микрокапсулы безмагнетита. Постоянный магнит помещался только под лунки столбцов 5 и6. Через 72 часа субстрат люциферазы добавлялся в каждую лункуклеточного планшета с последующей регистрацией свеченияфлуоресценции клеток.Усреднённые значение свечения флуоресценции повсей прямоугольной области, представленны на столбцовой диаграмме (б).Жёлтым столбцам соответствует усреднённый флуоресцентный сигнал изобласти теоретического нахождения магнита.
Красным столбцамсоответствует усреднённый флуоресцентный сигнал из зон под которыминаходился магнит. Данные усреднялись по 4 лункам соответствующихстолбцов клеточного планшета. [32].28По сравнению с другими магнитными материалами, наночастицы 3 4 более предпочтительны из-за наличия состояния Fe2 +, которое может выступать в качестве донора электронов. Кроме того, не создается гистерезис, поэтому, после удаления внешнего магнитного поля, наночастицы 3 4 оставляют за собой нулевую остаточную намагниченность.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
