 Потенциал магнитных наночастиц возникает за счет наличия у их магнитных ядер внутренних свойств, которые сочетаются с возможностью лекарственной нагрузки и теми биохимическими свойствами, которыми их можно наделить с помощью подходящего покрытия. Рассмотрим проблемы и последние достижения в разработке магнитных наночастиц для доставки действующего вещества лекарственного препарата, уделяя особое внимание используемым материалам.
Наночастицы представляют собой субмикронные частицы (от 1 нм до 100 нм в соответствии с обычным определением, хотя имеются примеры наночастиц размером в несколько сотен нанометров) из неорганического или органического (например, полимерного) материала, который может быть биологически разлагаемым или неразлагаемым. Их значение связано с тем фактом, что параметры наночастиц отличаются от параметров большинства материалов того же состава, что происходит, в основном, из-за воздействия размера, магнитных и электронных свойств, и той роли, которую играют поверхностные явления по мере того, как размеры уменьшаются.
Методы получения наночастиц, как правило, относятся к категории так называемых методов восходящей разработки, при использовании которых наноматериалы создаются из атомов или молекул управляемым способом, т. е. с помощью термодинамической регулировки такими средствами как самосборка. Для некоторых биомедицинских применений необходимы магнитные наночастицы. Они состоят из ядра из металла или оксида металла, заключенного в оболочку из неорганического или полимерного вещества, которая делает частицы биологически разложимыми, стабильными и может служить в качестве подложки для биомолекул. Присущие им магнитные свойства позволяют использовать эти частицы для многочисленных применений, относящихся к одной или нескольким из следующих групп:
1) магнитные контрастные вещества при магнитно-резонансной томографии (МРТ);
2) гипертермические вещества, в которых магнитные частицы селективно нагреваются за счет использования высокочастотного магнитного поля. (например, при термической абляции/гипертермии опухолей);
3) магнитные переносчики, которые могут направляться с помощью градиента магнитного поля на определенные участки, как это происходит при целевой доставке действующих веществ препаратов. Научное сообщество стремится использовать внутренне присущие свойства магнитных наночастиц для достижения медицинских прорывов в области диагностики и доставки действующего вещества препаратов. Наиболее многообещающими, по-видимому, представляются применения, в области диагностики и лечения рака.
Несмотря даже на то, что, по данным Американского общества по борьбе с раком, смертность от раковых заболеваний в США снижается уже второй год подряд, что относят на счет уменьшения количества курящих, более раннего обнаружения и более эффективного лечения опухолей, рак по-прежнему остается одной из основных причин смертности в развитых странах. Использование традиционных методов лечения, включая хирургические, облучение, химиотерапевтические и биологотерапевтические (иммунотерапию), ограничено трудностью доступа к опухоли, риском операции на жизненно важном органе, распространением раковых клеток по всему телу и отсутствием селективности по отношению к раковым клеткам. Иммунотерапия является относительно недавно появившейся областью и ее, скорее всего, будут использовать при лечении небольших опухолей, поскольку ее эффективность, по-видимому, снижается при лечении более поздних стадий рака. Мультимодальная терапия с использованием радиотерапии, химиотерапии, иммунотерапии и других видов лечения в сочетании с хирургией обеспечивает больше шансов на выживание.
Потенциал систем доставки действующего вещества лекарственного препарата с использованием нано- и микрочастиц возникает благодаря имеющимся у них существенным преимуществам, таким как:
- способность выбирать в качестве объекта воздействия особые места в организме;
- уменьшение количества препарата, необходимого для получения необходимой концентрации в непосредственной близости от объекта воздействия;
- снижение концентрации препарата в местах, не являющихся объектами воздействия, дающее минимизацию серьезных побочных воздействий.
Все эти преимущества позволяют объяснить экспоненциальный рост числа публикаций, посвященных использованию наночастиц для доставки действующего вещества препаратов (рис. 1.). 
Рис. 1. Временная эволюция роста числа научных публикаций, посвященных доставке препаратов с использованием наночастиц.
Наночастицы могут действовать как на уровне тканей, так и на уровне клеток. Последний вариант означает, что они могут подвергнуться эндоцитозу или фагоцитозу (дендровидными клетками, макрофагами), в результате наночастицы оказываются поглощенными клеткой. В ходе этого процесса наночастица может проникать за цитоплазматическую мембрану и, в целом ряде случаев, также и ядерную мембрану (т. е. возможно их применение применения для трансфекции – внедрения в клетку молекул ДНК).
При целевом воздействии на опухоли с помощью магнитных наночастиц могут использоваться как пассивные, так и активные стратегии. Пассивное целевое воздействие имеет место в результате экстравазации наночастиц в области поражения (опухоли), где микроциркуляторное русло обладает повышенной проницаемостью и способностью пропускать жидкости, чему способствует ограничивающий опухоль лимфатический дренаж. В сочетании эти факторы дают селективную аккумуляцию наночастиц в тканях опухоли, явление известное как усиленное проникновение и удержание. У большинства твердых опухолей расстояние между сосудами составляет 380 - 780 нм, хотя васкулярная организация может различаться в зависимости от типа опухоли, скорости ее роста и микроокружения. Удаление наночастиц в зависимости от размера это обычное явление в здоровых капиллярах, а не только в опухолях. С точки зрения доставки, практически не существует ограничений в том, что касается диаметров типичных наночастиц, которые намного меньше самых узких капилляров. Вместо этого ограничения существуют для времени присутствия наночастиц в кровотоке. Таким образом, использование обычных наночастиц для доставки лекарственных препаратов с помощью пассивного целевого воздействия будет ограничиваться лечением опухолей в органах с мононуклеарными фагоцитными системами, таких как: печень, селезенка и костный мозг. Воздействие на другие опухолевые ткани не представляется эффективным без использования стратегий активного целевого воздействия из-за использования небольших сроков циркуляции и низкой концентрации наночастиц, которая достигается в области опухоли (несмотря на эффект от усиленного проникновения и удержания), что приводит к формированию концентраций препарата ниже терапевтического уровня.
Активное целевое воздействие основывается на сверхсинтезе или исключительности синтеза различных антигенов или рецепторов в опухолевых клетках, а также на особых физических параметрах. Так, были разработаны и соединены с лекарственными препаратами переносчики, чувствительные к воздействию физических факторов таких, как температура, водородный показатель, электрический заряд, свет, звук, магнетизм. С другой стороны, активное целевое воздействие может быть основано на сверхпродуктивных видах, таких как лиганды с низким молекулярным весом (фолиевая кислота, тиамин, сахара), пептиды (RGD, LHRD), протеины (трансферрин, антитела, лектины), полисахариды (гиалуроновая кислота), полиненасыщенные жирные кислоты, ДНК и т. д.
Различные вещества, включая дендримеры, мицеллы, эмульсии, препараты с наночастицами и липосомы, используются для оказания воздействия на особые участки организма. (Рис.2). Наночастицы должны быть наделены особыми характеристиками, необходимыми для достижения нужного целевого участка, а это означает, что необходимо достигнуть подходящего сочетания природы, размера, способа соединения препарата и наночастицы (присоединенние, адсорбция, инкапсулированние), поверхностного химического состава, гидрофильности/гидрофобности, поверхностной функциализации, способности к разложению биологическим путем, и способности к физической ответной реакции (температура, водородный показатель, электрический заряд, свет, звук, магнетизм). Размер является наиболее существенным фактором, влияющим на перспективы наночастицы, участвующей в процессах пассивного целевого воздействия с использованием проницаемости капиллярных сосудов. 
Рис.2. Системы наночастиц, используемые для доставки лекарственных препаратов.
В данной работе мы остановимся особо на терапевтическом применении магнитного целевого воздействия препаратов с использованием наночастиц. Гипертермия/ термическая абляция рассматриваться не будут, хотя можно сделать заключение об общем значении магнетизма для обоих видов терапии. Здесь также не рассматривается использование при диагностике, где магнитные наночастицы широко используются в качестве контрастных веществ. М. Арруэбо, Р. Фернандес-Пачеко, М. Ибарра и Х. Сантамария, Нанонаучный Институт Арагона (INA), Университет Сарагосы, Испания
|
