Οι διεπαφές αερίου-υγρού προσελκύουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον στη βιοϊατρική. Οι μικροφυσαλίδες, παράγοντες αντίθεσης υπερήχων της κλινικής ρουτίνας, κέρδισαν αυξανόμενη προσοχή ως θηρανοστικές πλατφόρμες λόγω της διατηρημένης ακουστικής απόκρισης, των δυνατοτήτων σύζευξης φαρμάκων και της δυνατότητας εφαρμογής στο άνοιγμα βιολογικού φραγμού.
Οι επιστήμονες στο Skoltech, το MIPT, το Prokhorov General Physics Institute of RAS και πολλά άλλα ιδρύματα έχουν αποδείξει ότι οι μικροφυσαλίδες από μια πρωτεΐνη που ονομάζεται λευκωματίνη είναι αποτελεσματικοί φορείς για την παροχή φωτοδυναμικών παραγόντων, που είναι φάρμακα που χρησιμοποιούνται σε προηγμένες αντικαρκινική θεραπεία που αποφεύγει πολλές από τις παρενέργειες της χημειοθεραπείας και της ακτινοθεραπείας.
Ο κύριος ερευνητής της μελέτης, ο καθηγητής Dmitry Gorin της Skoltech Photonics, σχολίασε: «Η φωτοδυναμική θεραπεία περιλαμβάνει την έγχυση μιας φωτοευαισθητοποιητικής ένωσης στην κυκλοφορία του αίματος και τον φωτισμό του όγκου με φως του οποίου το μήκος κύματος ταιριάζει με την ένωση, είτε μέσω του δέρματος είτε με ενδοσκόπιο. Αφού απορροφηθεί η φωτεινή ενέργεια από τον ευαισθητοποιητικό παράγοντα, αυτό δημιουργεί ελεύθερες ρίζες και μια επιθετική μορφή οξυγόνου, που σκοτώνει τα κύτταρα με πολύ εστιασμένο τρόπο στην περιοχή που εκτίθεται στο φως».
Ο κύριος συγγραφέας της εργασίας, ο απόφοιτος του MSc Skoltech, Roman Barmin, είπε: «Αυτό που κάναμε σε αυτή τη μελέτη είναι ότι δείξαμε σε δύο δημοφιλείς φωτοευαισθητοποιητικούς παράγοντες ότι η δέσμευσή τους με λευκωματίνη, μια πρωτεΐνη ορού βοοειδών, έχει ως αποτέλεσμα τη μεγαλύτερη φωτοδραστηριότητά τους και η σύζευξη πρωτεΐνης-φαρμάκου σε φυσαλίδες οδηγεί σε ακόμη μεγαλύτερη ώθηση της αποτελεσματικότητας. Αυτό θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την προώθηση της φωτοδυναμικής θεραπείας του καρκίνου».
Στο πείραμα, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν δύο εμπορικές φωτοευαισθητοποιητικές ουσίες για να δείξουν την ομοιοπολική σύνδεση της λευκωματίνης με τη φθαλοκυανίνη ψευδαργύρου και την ηλεκτροστατική σύνδεσή της με την φθαλοκυανίνη αλουμινίου. Ο πρώτος είναι ένας φωτοδυναμικός θεραπευτικός παράγοντας που έχει λάβει κλινική έγκριση, ενώ ο δεύτερος βρίσκεται ακόμη σε κλινική δοκιμή. Για να «ανασηκωθούν» οι φυσαλίδες αέρα, το διάλυμα φθαλοκυανίνης-λευκωματίνης υποβλήθηκε σε υπερήχους στην κατάλληλη συχνότητα και θερμοκρασία.
Ο Μπάρμιν σημείωσε, «Ενώ η χορήγηση μικροφυσαλίδων είναι γενικά μια δημοφιλής προσέγγιση, αυτή η μελέτη είναι η πρώτη που χρησιμοποιεί φυσαλίδες λευκωματίνης στο πλαίσιο της φωτοδυναμικής θεραπείας και εργάζεται με τις δύο φθαλοκυανίνες που εξετάσαμε. Η ιδέα πίσω από την παροχή μικροφυσαλίδων είναι ότι το κέλυφος μιας φυσαλίδας αέρα μπορεί να συσκευάσει πυκνά τα μόρια των φωτοδυναμικών παραγόντων και οι φυσαλίδες μπορούν εύκολα να «σκάσουν» με ιατρικό υπερηχογράφημα με ελεγχόμενο τρόπο για να απελευθερωθεί το φάρμακο».
Ο καθηγητής Dmitry Gorin της Skoltech Photonics σχολίασε, «Οι δοκιμές έδειξαν ότι η παράδοση του παράγοντα στα κύτταρα ήταν επιτυχής. Ο επόμενος στόχος μας είναι μια βαθύτερη κατανόηση των αλληλεπιδράσεων μικροφυσαλίδων-κυττάρου για τη βελτίωση της θεραπευτικής απόδοσης».
Μετά την εξερεύνηση των χαρακτηριστικών των μικροφυσαλίδων, η ομάδα κατέληξε στο συμπέρασμα ότι οι φωτοδυναμικά συζευγμένες μικροφυσαλίδες έχουν βελτιωμένο προφίλ φυσικοχημικών ιδιοτήτων: Οι φυσαλίδες διατηρούν την ίδια μέση διάμετρο με τις αντίστοιχές τους χωρίς φθαλοκυανίνη (χρησιμοποιούνται στην απεικόνιση υπερήχων), κάτι που είναι πλεονεκτικό για τον έλεγχο της απόδοσής τους, ενώ ταυτόχρονα έχοντας υψηλότερη συγκέντρωση φυσαλίδων και σταθερότητα αποθήκευσης.
Barmin είπε, «Η επόμενη ερώτηση ήταν: Θα αυξήσουν οι μικροφυσαλίδες την αποτελεσματικότητα των φωτοδυναμικών παραγόντων που παρέχουν; Οι συνάδελφοί μας από το Ινστιτούτο Γενικής Φυσικής Prokhorov ανέπτυξαν μια τεχνική χρησιμοποιώντας ένα εναιώρημα ερυθρών αιμοσφαιρίων για να δοκιμάσουν ακριβώς αυτό. Το αποτέλεσμα ήταν σαφές: Και για τους δύο παράγοντες, το σύμπλεγμα φθαλοκυανίνης-λευκωματίνης αποδείχθηκε πιο αποτελεσματικό από τις απλές φθαλοκυανίνες και η παροχή μικροφυσαλίδων ενίσχυσε περαιτέρω τη φωτοδραστηριότητα του φαρμάκου. Αυτό προκύπτει από το πυκνό μόριο που συσσωρεύεται στο κέλυφος των μικροφυσαλίδων».
Αναφορά στο περιοδικό:
- Roman A.Barmin, Elizaveta A. Makismova et al. Μικροφυσαλίδες λευκωματίνης συζευγμένες με βαφές ψευδάργυρου και φθαλοκυανίνης αλουμινίου για ενισχυμένη φωτοδυναμική δραστηριότητα. Κολλοειδή και Επιφάνειες Β: ΒιοδιεπαφέςΕ DOI: 10.1016/j.colsurfb.2022.112856
