Проект возглавляет Абдулкарим Амиров.
Ученые изобрели смарт-композит из металлического сплава с термочувствительным полимерным покрытием для доставки лекарств. Под воздействием магнитного поля металлическая основа охлаждается, что изменяет физико-химические свойства покрытия и приводит к высвобождению лекарства. Для активации достаточно магнитного поля, которое создают современные медицинские томографы, поэтому разработку можно использовать на существующем оборудовании. Результаты исследований, поддержанных С поддержкой гранта Российской Научной Фонд, опубликованы в… ACS Applied Engineering Materials и Journal of Composites Science.
«Умные», или смарт-материалы – это вещества, свойства которых меняются при изменении внешних условий (температуры, давления, воздействия электрического или магнитного поля и других). Например, в медицине применяют термочувствительные полимеры, растворимость которых зависит от температуры окружающей среды. При одних температурах они полностью растворяются в воде, а при других – становятся нерастворимыми. Термочувствительные полимеры можно активировать с помощью нагревания или магнитного поля, под воздействием которого материал нагревается или охлаждается.
Магнитное воздействие на теплочувствительные полимеры применяют для транспортировки и выделения медикаментов. разработали Композитный материал с гадолинием и полимерным покрытием меняет температуру под воздействием магнитного поля. Гадолиний вреден для человека, а для изменения температуры ему нужен мощный магнит (8 Тесла), в то время как магниты медицинских томографов редко превышают 3 Тесла.
Ученые из Национальный университет науки и технологий «МИСИС» (Москва) разработали Композитный смарт-материал с возможностью контролируемого высвобождения лекарств под воздействием магнитного поля. Композит двухслойный: железо-родиевый сплав, охлаждаемый магнитным полем, и полимерное покрытие из термочувствительного поли(N-изопропилакриламида). При температуре выше 32°С полимер нерастворим в воде, а при более низких значениях переходит в растворимое гелеобразное состояние.
Лазер позволил ученым создать на поверхности сплава ряд равномерных углублений. В эти углубления поместили доксорубицин – противоопухолевое средство, применяемое в химиотерапии разных видов рака. Далее была нанесена полимерная пленка, которая надежно укрыла лекарство.
Расчеты выявили, что магнитное поле с силой 1,8 Тесла, имеющееся в обычных медицинских томографах, способно охладить композит с температуры тела человека (37°С) до 32°С. При такой температуре полимер из твердого состояния переходит в гелеобразное и высвобождает заключенный доксорубицин.
Кроме того, ученые экспериментально проверилиДля высвобождения лекарственного препарата из материала образец нагрели до 37°С, а затем включили магнитное поле мощностью 3 Тесла, которое привело к охлаждению системы. Методами спектроскопии исследователи подтвердили, что это способствует высвобождению доксорубицина.
В ходе эксперимента клетки соединительной ткани — фибробласты — эмбрионов мыши поместили на поверхность композитного материала. Через три дня оценили жизнеспособность клеток. Эксперимент показал, что каркас из железо-родиевого сплава с полимерным покрытием биосовместим и не вредит здоровым клеткам. Материал может применяться в биомедицине.
«В основе нашего Основой метода служит магнитокалорический эффект, наблюдаемый в подложке из железо-родиевого сплава. Эффект проявляется в изменении температуры магнитного материала при его намагничивании или размагничивании во внешнем магнитном поле без теплообмена с окружением. Предложенный материал удобен тем, что высвобождение лекарства из него активируется однократным включением магнитного поля 3. Модель Тесла, используемая в современных аппаратах для магнитно-резонансной томографии (МРТ), планируется проверить применимости к микро- и наночастицам железо-родиевого сплава. Эта комплексная исследовательская задача включает разработку технологии получения частиц и создание полимерных структур, а также проведение экспериментов, демонстрирующих конечный эффект. Исследования могут открыть новые возможности применения этого уникального сплава. — говорит руководитель проекта, получающего поддержку от гранта РФФИ, Абдулкарим Амиров, доктор физико-математических наук, сотрудник Национального исследовательского технологического университета «МИСИС».
В исследовании принимали участие сотрудники Дагестанского федерального исследовательского центра РАН (Махачкала), Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН (Пущино), Московский университет имени М.В. Ломоносова (Москва) и Института радиотехники и электроники имени В.А. Котельникова (Москва).
Пресс-служба Российского научного фонда предоставила информацию и фотографии.