Заряджені частинки наноаерозолів легко проходять крізь ліпідний шар, подібний до того, що покриває легені зсередини.
Легеневі хвороби зручно лікувати за допомогою аерозолів: ліки у вигляді крихітних крапель через дихальні шляхи проникають безпосередньо в хворий орган - на відміну від таблеток, які спочатку потрапляють у шлунково-кишковий тракт, там всмоктуються в кров і вже кров їх доносить до легенів.
Однак з аерозолями є одна проблема - вони часто осідають у верхньому відділі легені. Можна збільшити дозу, щоб ліки вже точно проникло всюди, де треба, або підвищити концентрацію лікарської речовини, щоб з верхнього відділу легенів вона подіяла на весь орган. Але в такому випадку якісь ділянки органу отримають ліки набагато більше, ніж потрібно, що може виявитися не дуже добре; і навіть якщо локальне передозування нічим серйозним не загрожує, все одно частина лікарської речовини буде витрачатися даремно.
Інший вихід - зробити аерозольні краплі дуже і дуже дрібними, тоді вони зможуть проникати глибше. Якщо довести розмір лікарських частинок до нанометрових масштабів, це дозволить знизити концентрацію ліків у сотні разів.
Але тут виникає інше питання: чи зможе частинка наноаерозолю проникнути до поверхні легеневої альвеоли? Легкі зсередини покриті спеціальною субстанцією з великим вмістом ліпідів, і лікарські крапельки повинні пройти крізь неї.
Дослідники з лабораторії наноструктур і нанотехнологій Інституту теоретичної та експериментальної біофізики РАН вперше показали, що заряджені наночастинки розміром близько 100 нм цілком пробивати рідкий ліпідний шар, подібний до того, який покриває альвеоли. Шар цей Віктор Морозов і його колеги робили з ліпіда дипальмітоілфосфатіділхоліну (ДПФХ), якого в пристінковій альвеолярній субстанції найбільше.
Ліпід наносили на поверхню рідини в так званій ванні Ленгмюра - спеціальному пристрої, який дозволяє вивчати властивості речовини в монослої, тобто в шарі товщиною в одну молекулу. На монослій легеневого ліпіда розпорошували заряджені нанокапельки різних розчинів (глюкози, білків тощо) - і виявилося, що коли на ліпідний шар осідали частинки розміром понад 100 нм, сила поверхневого натягнення шару змінювалася, він ставав менш щільним, як якби осідаючі наночастинки проходили крізь нього і забирали частину молекул ліпідів з собою.
Щоб точно перевірити, чи точно частинки наноаерозолю проходять крізь ліпідний шар, на дно ванни Ленгмюра поклали плівку слюди, яку потім просканували за допомогою атомно-силового мікроскопа. На слюді дійсно виявилися слипшиеся грудки ліпіда, які пішли на дно разом з аерозольними наночастинками.
У статті в журналі Langmuir автори пишуть, що для того, щоб частинки пробили ліпідний шар, вони повинні бути не тільки досить великими (як було сказано вище, не менше 100 нм) - вони також повинні бути електрично сильно зарядженими. Якщо частинка заряджена не дуже сильно, вона просто вбудовується в монослой, роблячи його більш щільним.
Дослідники продовжили експерименти на синхротроні в Курчатовському інституті, щоб у деталях побачити, як наночастинки падають на ліпідний шар, який шлях здійснюють вибиті ліпідні молекули; отримані дані будуть опубліковані в журналі «Кристалографія» на початку 2018 року.
Якщо наноаерозольні частинки виправдають очікування в дослідах з ваннами і синхротронами, можна буде випробувати їх на справжніх легенях.