Болезни лёгких давно лечат с помощью ингаляторов, распыляющих лекарства в виде аэрозолей – летящих крошечных частиц и капель. Недостаток этого метода состоит в том, что целебное вещество оседает в верхних отделах лёгких, не проникая достаточно глубоко. Поэтому учёные возлагают надежды на наноаэрозоли, способные проникнуть в больной орган на нужную глубину. Благодаря очень малому размеру частиц (стотысячные доли миллиметра и меньше), концентрация лекарства, необходимая для лечения, снижается в сотни и более раз.
Проблема, однако, в том, что совершенно не ясно, что происходит, когда частицы наноаэрозоля достигают поверхности лёгочных альвеол. Ведь она покрыта слоем липидов (жиров), и лекарство должно проникнуть сквозь этот барьер. Способны ли на это частицы наноаэрозоля? Этим вопросом задались учёные из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН, расположенного в Пущино, Московская область. Команда исследователей под руководством Виктора Морозова впервые показала, что такое проникновение вполне реально для заряженных наночастиц размером порядка 100 нанометров.
Для экспериментов исследователи выбрали основной липид лёгких – дипальмитоилфосфатидилхолин (ДПФХ). Они приготовили из этого вещества слой толщиной в одну молекулу (монослой) на поверхности воды в в устройстве, приспособленном для измерения поверхностного натяжения. Этот слой бомбардировали заряженными частицами глюкозы, белков и других веществ. Обнаружилось, что при размере частиц порядка ста нанометров поверхностное натяжение липидного слоя меняется, становясь ближе к натяжению поверхности воды, то есть монослой становится менее плотным. "Частицы наноаэрозоля буквально пробивают его как пули", – пояснила пресс-службе ИТЭБ РАН соавтор статьи, кандидат химических наук Елена Шляпникова.
Далее учёные положили на дно сосуда тонкую пленку слюды и снова распылили наноаэрозоль на липидный слой. Затем слюду достали и изучили с помощью микроскопа. На её поверхности исследователи обнаружили слипшиеся комочки липида.
"Мы увидели впервые в мире, что сильно заряженные наночастицы глюкозы пробивают липидный монослой", – прокомментировала Елена Андреевна.
Нужно ли сделать частицы ещё меньше? Нет, не нужно. Если сделать их слишком маленькими, им не хватит энергии, чтобы пробить липидный слой. Кроме того, учёные установили, что наночастицы должны быть сильно заряженными, а вещество, из которого они сделаны – полярным. Если молекулы наноаэрозоля неполярны, то они могут встроиться в липидный слой, сделав его более плотным.
"Поверхностное натяжение будет зависеть от размера и природы частицы, которая падает на поверхность липида. Я думаю, мы близки к пониманию того, что здесь происходит", – уверена Елена Шляпникова.
Результаты двухлетней работы исследователей опубликованы в журнале Американского химического общества (ACS) Langmuir.
Чтобы увидеть, как наночастицы падают на липидный слой, какой путь совершают выбитые липидные молекулы, учёные поставили эксперимент на синхротроне в Курчатовском институте. Сейчас эксперименты продолжаются в Европейском синхротронном центре (ESF) в Гренобле.
Совместная публикация, подводящая итоги исследований, выйдет в журнале "Кристаллография" в начале 2018 года.
