1.3 Применение магнитных нанокомпозитов в медицине

Наночастицы магнетита и композиты на их основе являются объектами пристального внимания ученых как материалы для биомедицинских применений, таких как адресная доставка лекарств, гипертермическое воздействие на опухоли, клеточная маркировка, доставка генов и т.д. Так, магнитные наночастицы могут быть сконцентрированы в определенной зоне с помощью местного применения внешнего магнитного поля, обеспечивая целевое воздействие. Существует возможность использования магнитных наночастиц в качестве контрастного агента в МРТ [26, 27].

С другой стороны, наночастицы магнетита имеют ряд недостатков, таких как токсичность, склонность к быстрой агрегации в физиологических условиях и сложность функционализации поверхности. Поэтому композиты, разрабатываемые для использования в организме человека, требуют тщательного изучения их биосовместимости, в частности – гемосовместимости, в случае предполагаемого введения их в системный кровоток. Это позволит сделать выводы о возможности их использования in vivo [28].

смартфон vivo

Наносистемы, предназначенные для транспорта лекарственных веществ и генов, а также для магнитно-резонансных исследований, должны быть малотоксичными, не подвергаться воздействию ретикулоэндотелиальной системы (чтобы успеть аккумулироваться в целевой ткани); время их циркуляции в кровеносной системе должно быть достаточно продолжительным.

Размер наносистем влияет на их скорость и пути выведения из организма. Частицы размерами <10 нм могут быстро распределяться по внутриклеточному пространству и выводятся из организма с мочой. При увеличении размера наночастиц почечный клиренс не осуществляется, а узнавание фагоцитами увеличивается, вследствие этого МНЧ могут аккумулироваться в печени, селезенке и лимфатических узлах. В печень и селезенку попадают частицы размерами >200 нм; печеночные макрофаги находятся на частицах до момента их разложения.

Частицы размерами 10-100 нм оптимальны для внутривенного введения: они достаточно малы и могут проникать через узкие капилляры тканей, наиболее долго циркулируют в организме и лучше достигают целевых областей [1].

Исследования гемосовместимости наночастиц магнетита, представленные в работе [28], показывают, что токсическое воздействие на кровь не наблюдается при концентрации до 20 мг/мл. Безопасным можно считать диапазон концентраций 0,2-2,0 мг/мл, однако со временем наночастицы начинают проявлять гемолитический эффект. Также выявлено, что наночастицы снижают степень агрегации эритроцитов и выработку активных форм кислорода.

Результаты, полученные в работе [28], свидетельствуют о гемосовместимости магнитных наночастиц магнетита, что позволяет рассматривать их в качестве кандидатов для разработки лекарственных средств на основе наночастиц для внутривенного применения.

1.3.1 Композит магнетит-бентонит в адресной доставке лекарств

Особый интерес для практической медицины, в том числе военно-полевой медицины и медицины катастроф, представляет оригинальное и малотоксичное фармакологическое средство – производное пиперидина с местноанестезирующей и антиаритмической активностью, названное казкаином [29]. Химическая формула казкаина представлена на рисунке 3.

Казкаин может быть введен в организм как перорально, так и путем инъекции. И в том и в другом случае для пролонгированного действия лекарства необходимо постепенное его поступление в кровяное русло. Это означает, что весьма перспективно использование твердых биосовместимых носителей, с которыми казкаин связан адсорбционными силами. В таком случае взаимодействие с биологическими жидкостями организма будет способствовать его постепенному выделению [30].

В работе [30] представлена методика синтеза композитных частиц магнетита и природного глинистого материала – бентонита, на которых изучена адсорбция казкаина.

Рисунок 3 – Химическая формула казкаина [30]

В качестве носителя магнетита использовали бентонитовую глину Таганского месторождения (Казахстан). Глину отделяли от примесей, промывали дистиллированной водой, затем сушили при температуре 383 К в течение 2 часов и измельчали.

Для получения композитов магнетит-бентонит готовили 200 мл 6%-ной водной суспензии бентонита. В суспензию добавляли при перемешивании в атмосфере азота 20 мл 1 М раствора FeCl₃ и выдерживали смесь в течение 60 мин. Затем при перемешивании добавляли 10 мл 1 М раствора FeCl₂, с помощью раствора NH₄OH доводили pH смеси до 9,3-9,5 и, перемешивая, выдерживали 30 мин при 333 К в атмосфере азота. Полученный композит отделяли центрифугированием, дважды промывали дистиллированной водой, а затем этанолом и сушили при температуре 313 К.

Как оказалось, наличие большого количества свободных групп ≡Si–O^- в бентоните способствует его электростатическому взаимодействию с аминогруппами казкаина. Показано, что максимальная адсорбция казкаина достигает 74.65 мг/г, что немного ниже, чем для немодифицированного бентонита (80,65 мг/г) [30].