Перспективы изучения терапевтических форм, содержащих наночастицы, средствами атомно-силовой микроскопии

Решетов И.В., Сухарев С.С.

Кафедра онкологии с курсом реконструктивно-пластической хирургии ИПК ФМБА России, Москва, Россия
E-mail:

Материалы конференции «Нанотехнологии в онкологии 2009»

Цель работы

В последние годы растет число публикаций, посвященных использованию наночастиц и наноконструкций как самостоятельных лечебных агентов, а также в качестве модификаторов различных диагностических и лечебных процедур (гипертермия, локальная лучевая терапия, усиление контрастности существующих методов прижизненной визуализации тканей и создание принципиально новых методов визуализации).

Для того чтобы действующий агент (терапевтические или диагностические наночастицы) могли быть использованы, они должны вводиться в ткани организма обязательно в виде некоей лекарственной формы, которая должна обеспечивать:

1. Стабильную концентрацию нанообъектов для обеспечения контроля дозировки.
2. Защиту нанообъектов от захвата и нейтрализации естественными защитными силами организма, прежде всего белками плазмы и медиаторами воспаления.
3. Для наночастиц и наноконструкций особое значение приобретает необходимость предотвращения образования конгломератов. Это связано с тем, что важнейшие свойства наночастиц определяются во многих случаях тем, что у них велико отношение количества атомов, находящихся на поверхности частицы, к количеству атомов внутри.

Некоторые из перечисленных свойств разрабатываемых лекарственных форм на основе наночастиц могут быть, как оказалось, оценены путем измерений с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ) in vitro. К ним относятся: результирующие размеры наообъектов, концентрация нанообъектов, способность их к образованию конгломератов.

Целью работы являлась разработка методов такой оценки и апробирование их на примере нескольких препаратов сульфата рения.

Материалы и инструменты

Система Интегра Прима производства «ЗАО НТ-НДТ» Зеленоград, Россия.

Частицы сульфата кремния размерами 80 и 120 нанометров, диспергированные в декстране и в клее.

Исследование препаратов

Для достижения цели работы решались следующие задачи:

1. Разработка или выбор методов пробоподготовки исследуемого материала. Суспензия наночастиц в той или иной вязкой среде наносилась тонким слоем на предметное стекло и исследовалась методом АСМ в полуконтактном режиме. Оказалось, что взвесь наночастиц в воде после высыхания оставляла на предметном стекле тонкий слой наночастиц, которые легко смещались зондом в процессе сканирования. По этой причине пока не удалось сформулировать сколь-нибудь убедительную интерпретацию полученных изображений. В то же время препараты на основе декстрана и клея образовывали устойчивые структуры, допускающие многократное сканирования с воспроизводимыми результатами.

2. Оценка размеров регулярных однотипных образований по площади осуществлялась путем многократных измерений их линейных размеров (специальная функция штатного программного обеспечения системы Интегра). При этом с помощью статистических алгоритмов подсчитывались средние значения размеров и стандартные отклонения. Второй найденный способ оценки размеров плоских образований заключался в измерении линейных размеров «зон рассогласования» или, иными словами, зон возникновения артефактов. Дело в том, что перед началом сканирования выполняется особая процедура полуавтоматического подбора параметров колебаний кантилевера, адекватная свойствам поверхности. При существенном изменении свойств поверхности в ходе сканирования настройки в некоторых случаях не обеспечивали формирования правильного рельефа виртуальной поверхности (возникновение артефактов в виде характерных пирамид, рисунок 1). Такие участки трактовались как зоны выступания твердых наночастиц над поверхностью вязкой фазы. Очевидно, для таких участков невозможно определение высоты выступания пиков, поскольку упомянутые пирамиды отражают не детали поверхности, а внутренние процессы автоколебаний сканирующей системы.

3. Оценка вертикальных размеров образований. Реальная высота образований не равна высоте h1 высшей точки образования над уровнем коллоида (декстрана или клея). Для ее оценки необходимо определить толщину коллоида h2 и сложить ее с h1. Оценить h2 можно на участках (рисунок 2), где слой коллоида механически разрушен. Для этого средствами программного обеспечения системы Интегра строятся несколько сечений препарата (показаны на рисунке 3).

4. Оценка внутренней структуры образований: солидные или конгломераты более мелких частиц. Для этого проводится сравнение их характерных вертикальных и горизонтальных размеров. Для солидных структур характерные вертикальные и горизонтальные размеры должны быть близки, а для конгломератов скорее следует ожидать, что горизонтальные размеры будут преобладать над вертикальными.

5. Оценка расстояний между образованиями. Минимальное расстояние между образованиями коррелирует с их размерами. Определяется штатными программными средствами системы Интегра в ходе обработки изображений.

Рис. 3. С помощью сечений можно оценить
высоту слоя коллоида на препарате с рисунка 2.

Выводы

В работе предложены методы оценки размеров наночастиц, диспергированных в вязких носителях, а также оценки внутренней структуры более крупных образований. Методы апробированы на примере изучения лекарственных форм на основе наночастиц сульфата рения, диспергированных в различных вязких фазах.