Пушки ударят по болезням

Десятилетиями эксперты в области биомедицины мечтали найти лекарство, которое, как волшебная пуля, сможет поразить очаг смертельной болезни. И хотя в этой области работы еще непочатый край, исследователи из США предполагают, что они наконец разработали надежный способ доставки лекарства в глубь пораженной ткани. Больное место можно будет бомбардировать наноразмерными капсулами, заряженными лекарственными препаратами. Капсулы будут вылетать из жерл крошечных пушек под воздействием ультразвукового импульса («ACS Nano», 2015, doi: 10.1021/acsnano.5b07080).

Импульс ультразвука вызывает испарение перфторуглеводородной эмульсии в жерле пушки, и пары выталкивают наноядра из ствола орудия

Как говорит руководитель исследования Джозеф Вонг из университета Калифорнии в Сан-Диего, в макромире один из самых мощных инструментов для придачи импульса снаряду — это пушки. Поэтому у исследователей появилась идея разработать микропушку, активируемую ультразвуком. Разработанные в группе Вонга орудия — это крошечные полые трубки конической формы, которые получают, нанося слои оксида графена и золота на полимерную основу.

До удаления полимера, окружающего ствол микропушки, миниатюрную артиллерию заряжают ядрами из оксида кремния в биогеле (к которому в перспективе можно будет прикрепить лекарство и биомаркер заболевания) и эмульсией на основе перфторуглеводородов. Как поясняет Вонг, сфокусированный импульс ультразвука, сгенерированный пьезоэлектрическим преобразователем, приводит к самопроизвольному испарению перфторуглеводорода. Из-за испарения давление паров увеличивается, что заставляет ядра покидать ствол микропушки с большой скоростью.

Разработанную технологию можно применять во многих областях, однако в первую очередь Вонг с коллегами планируют использовать микроядра как средства направленной доставки лекарственных препаратов. Исследователи предполагают, что с помощью таких микро- или наноразмерных орудий возможно обеспечить глубокое проникновение малых доз лекарственных препаратов в ткани. При этом новый метод может оказаться гораздо более эффективным, чем существующие способы направленной доставки лекарственных препаратов и микрохирургия.

Для проверки своей идеи исследователи зарядили батарею микропушек, закрепленных на мембране, и поупражнялись в стрельбе наноядрами из флуоресцирующих частиц по гелям-мишеням, моделирующим живую ткань. Действительно, оказалось, что вылетающие по ультразвуковому сигналу снаряды проникают в гель на достаточную глубину. Правда, пока такие микробатареи тестировали только на моделях, а не на настоящих биологических тканях.

В данный момент исследователи из Сан-Диего модернизируют свои микропушки. Одна из задач, которую надо решить для ускорения практического использования микроартиллерии, заключается в создании боеприпасов различных типов, ведь одновременная загрузка в микроорудие нескольких типов частиц позволила бы обстреливать мишень сразу несколькими типами зарядов. Естественно, в планах ученых — проверка ультразвуковой артиллерии на настоящих биообъектах.