Случайная инновация: неожиданное открытие Нотр-Дама повышает эффективность лекарства

Университет Нотр-Дам, 6 июня 2023 г.

Группа исследователей из Университета Нотр-Дам под руководством профессора Брэдли Смита наткнулась на новую технику, позволяющую повысить эффективность существующих лекарств путем загрузки их в модифицированные частицы диоксида кремния, как подробно описано в журнале Nanoscale. Фото: Nanoscale, 2022, DOI: 10.1039/D2NR05528G, Королевское химическое общество.

Исследователи из Университета Нотр-Дам открыли недорогой метод повышения эффективности лекарств путем загрузки их в частицы термически модифицированного диоксида кремния. Измененные частицы могут удерживать химические вещества и контролировать скорость их высвобождения, тем самым открывая возможности для улучшения систем доставки лекарств и нового понимания биоминерализации.

Недавно открытая методика, о которой сообщается в журнале Nanoscale, предлагает недорогой способ повысить эффективность существующих лекарств.

"If you take sand and heat it to 500 degrees CelsiusThe Celsius scale, also known as the centigrade scale, is a temperature scale named after the Swedish astronomer Anders Celsius. In the Celsius scale, 0 °C is the freezing point of water and 100 °C is the boiling point of water at 1 atm pressure." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">По шкале Цельсия ничего не меняется», — сказал Брэдли Смит, профессор Эмиля Т. Хофмана в Университете Нотр-Дам. Поэтому Смит, который также является директором Центра комплексной визуализации Нотр-Дама, был озадачен, когда Чаньцзя Чжай и Кассандра Шаффер, два Докторанты кафедры химии и биохимии, работавшие в его лаборатории, обнаружили, что у них изменилась структура частиц кремнезема — основного компонента песка — при 80 градусах Цельсия, температуре, аналогичной температуре чашки кофе.

Открытие произошло случайно. Частицы были микроскопически малы — тысячная часть диаметра человеческого волоса. Но, как и их более крупные аналоги с пометкой «силикагель» на упаковках, прикрепленных к новым предметам одежды, эти частицы были пористыми и могли удерживать химическое вещество. В данном случае этим химическим веществом был синий краситель, используемый для обнаружения опухолей у мышей.

Новому красителю, разработанному в лаборатории Смита, требовалось много времени, чтобы проникнуть в узкие поры частиц. Итак, чтобы заставить молекулы двигаться быстрее, Шаффер и Чжай нагрели смесь почти до кипения и оставили на ночь. Когда они вернулись на следующий день, они увидели, что частицы стали синими.

Чтобы убедиться, что краситель полностью впитался, Шаффер и Чжай заручились помощью Татьяны Орловой и Максима Жуковского, экспертов по микроскопии из Центра комплексной визуализации Нотр-Дама.

Фото: Nanoscale, 2022, DOI: 10.1039/D2NR05528G, Королевское химическое общество.

Орлова и Жуковский получили изображения электронной микроскопии высокого разрешения, которые показали, что не только краситель впитался, но и сами частицы кремнезема изменили форму. Первоначальные частицы представляли собой одиночные сферы со слегка усеянными порами, похожими на кожуру апельсина. Новые структуры имели сферическую форму и состояли из более мелких глобул, заполненных красителем. У них также были небольшие отверстия здесь и там, через которые открывалось полое ядро ​​внутри. В целом агрегат напоминал полую малину.

После неожиданности первого открытия возник ряд практических вопросов. Какие еще химические вещества могли бы добавить исследователи в подобные малиновые частицы? И, что наиболее важно, останутся ли эти химические вещества активными даже после того, как окружающие их структуры изменили форму?

Коллега-докторант Джордан Честин ответил на эти вопросы, повторив процесс с использованием лекарства от рака. После серии тестов он подтвердил, что лекарство от рака, загруженное в частицы, все еще активно и способно убивать раковые клетки.

Это открытие предлагает новый инструмент для повышения эффективности существующих лекарств, сказал Смит.

«То, что у нас сейчас есть, — это способ просмотреть весь каталог аминосодержащих лекарств и, следуя простым шагам, которые мы обнаружили, мы можем создать новые версии существующих лекарств, которые могут быть более эффективными или иметь меньше нежелательных побочных эффектов». " он сказал.