Специалисты из Сколтеха, ИТМО и другие исследователи получили свежие сведения о поведении микропузырьков под воздействием ультразвука. Полученные данные позволят разрабатывать безопасные и устойчивые пузырьки, которые в перспективе смогут использоваться в лечебных методах, например, для активации противоопухолевых препаратов и доставки лекарств в головной мозг. Это также позволит избежать использования интенсивного ультразвука, сопряженного с нежелательными побочными эффектами. Исследование опубликовано в журнале Acta Biomaterialia и поддержано грантами РНФ.¹⁾ ²⁾
В ультразвуковой диагностике сегодня применяются микропузырьки, которые улучшают контрастность изображения и позволяют визуализировать даже самые маленькие сосуды. Однако физико-химические процессы, определяющие их поведение под воздействием ультразвука, остаются недостаточно изученными. Для того чтобы ультразвук стал эффективным инструментом будущей терапии, исследователям необходимо досконально разобраться в механизмах формирования, пульсации и разрушения этих пузырьков, а также выяснить факторы, влияющие на энергию их разрушения.
Именно на этом явлении базируются ожидания, связанные с возможностью целенаправленной активации противоопухолевых лекарственных средств непосредственно в очаге новообразования (сонодинамическая терапия) или доставки препаратов в мозг, преодолевая гематоэнцефалический барьер – структуру из плотно расположенных клеток, которая ограничивает поступление многих фармацевтических соединений из крови в головной мозг.
«На живые ткани мы не оказывали никакого воздействия; наша задача заключалась в изучении физических свойств пузырьков, — пояснила ведущий автор исследования, младший научный сотрудник Центра фотоники и фотонных технологий Сколтеха Татьяна Естифеева. — Когда станет известно, как именно изменяется поведение пузырьков на протяжении всех этапов, появится возможность создавать стабильные и безопасные составы, позволяющие контролировать все аспекты – начиная с состояния молекул белка в оболочке и заканчивая воздействием на кровь. В перспективе, тщательно изученные таким образом пузырьки можно будет применять не только для визуализации, но и в терапевтических целях, где ультразвук станет точным и бережным инструментом».
В ходе исследования команда изучила микропузырьки, покрытые белковой оболочкой и содержащие два типа стабилизирующих добавок. Было установлено, что обе добавки повышают устойчивость пузырьков и препятствуют их разрушению: белковая структура сохраняется и не деградирует под воздействием ультразвука. Это имеет большое значение, поскольку стабильная оболочка уменьшает вероятность нежелательных взаимодействий в организме.
Исследователи также изучили взаимодействие данных пузырьков с кровью человека. Результаты анализа продемонстрировали, что микропузырьки не оказывают влияния на форму и подвижность красных кровяных клеток, что свидетельствует об отсутствии нарушения нормального кровотока и указывает на потенциальную безопасность при введении в организм.
Определение параметров поведения пузырьков на всех этапах, начиная с формирования и заканчивая разрушением, является основой для их дальнейшего использования в медицине. После того, как станет возможным точный подбор состава пузырьков и понимание интенсивности кавитации, можно будет перейти к применению фокусированного низкоинтенсивного ультразвука.
Согласно результатам исследования, знание физических и химических свойств микропузырьков открывает путь к разработке перспективных неинвазивных методов терапии. В этом случае ультразвук перестанет быть лишь инструментом визуализации тканей и станет способом целенаправленного воздействия на организм.