Сотрудники Международной лаборатории «Растворная химия передовых материалов и технологий» Университета ИТМО получили магнитоуправляемый материал, состоящий всего из двух компонентов: из наночастиц магнетита и упакованного в них фермента. Оба компонента имеют одобрение для внутривенного введения и могут быть использованы для адресной доставки ферментов медицинского назначения, в том числе при направленной терапии раковых опухолей и тромбоза. Ранее для создания подобных композитов приходилось использовать дополнительные стабилизаторы, которые негативно влияли на магнитный отклик и активность ферментов и зачастую препятствовали безопасному введению препарата в организм человека. Статья, посвященная исследованию, опубликована в журнале Chemistry of Materials.

Магнитные свойства коллоидной системы

Магнитные свойства коллоидной системы

Главная отличительная особенность нового композита заключается в том, что он состоит всего из двух компонентов. Благодаря разработанной учеными из Университета ИТМО методике синтеза магнетита гидрозоль его наночастиц долгое время стабилен при нейтральных значениях pH. Данная технология уже запатентована сотрудниками лаборатории.

Таким образом, нет необходимости в использовании каких-либо стабилизаторов или кислот, снижающих активность ферментов, ослабляющих магнитные свойства системы и повышающих потенциальное токсическое действие состава на организм. Поэтому полученный нанокомпозит является абсолютно безвредным для человека. «Сами по себе и магнетит, и используемые ферменты имеют соответствующие медицинские разрешения, поэтому легализовать их совместное применение несложно. Это биосовместимые вещества: организм знает, что с ними делать, и легко вовлекает их в процессы метаболизма», — рассказывает Андрей Дроздов, инженер-исследователь Международной лаборатории «Растворная химия передовых материалов и технологий».

Новая технология делает возможным создание магнитоуправляемых композитов практически из любых ферментов, обладающих высокой промышленной или медицинской значимостью. Чтобы продемонстрировать это в своей работе, ученые заключили в «доспехи» из магнетита ряд различных по своим свойствам ферментов.

Структура магнитного коллоида

Структура магнитного коллоида

Фермент напрямую добавляют в гидрозоль магнетита. Частицы магнетита со всех сторон окружают фермент и после высушивания образуют твердую пористую структуру, из которой белку уже не высвободиться. "Метод, который мы разработали, был заточен под ферменты, — поясняет руководитель Международной лаборатории «Растворная химия передовых материалов и технологий» Владимир Виноградов. — Мы подбирали материал таким образом, чтобы после упаковки он мог физически удерживать фермент внутри. При этом фермент способен выполнять свои терапевтические или иные функции через поры композита».

Кроме того, учеными был обнаружен феномен увеличения термической стабильности ферментов, окруженных частицами магнетита. Согласно экспериментальным данным, белки, защищенные таким образом, сохраняют свою функциональную активность при температурах, более чем на 20 градусов превышающих температуру их денатурации в свободном состоянии. Это позволит расширить диапазон применения белков в различных отраслях промышленности, где требуется более жесткий температурный режим.

Исследователи предполагают, что частицы магнетита выступают в качестве твердого каркаса и физически не дают белку денатурировать (т.е. терять свою первоначальную структуру при повышении температуры или изменении кислотности среды).

В исследовании принимали участие сотрудники Университета ИТМО, Еврейского университета в Иерусалиме и Университета святых Кирилла и Мефодия в Скопье.

Статья:

Andrey S. Drozdov, Vladimir V. Vinogradov et al., «Entrapment of Enzymes within Sol-Gel Derived Magnetite.»

Chenistry of materials DOI: 10.1021/acs.chemmater.6b00193

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemmater.6b00193?journalCode=cmatex

Пресс-служба Университета ИТМО