Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Схематическое представление наночастицы LaF3:Eu и процесса формирования микрогеля.
Частицы наногеля. Светлые точки внутри - частицы LaF3:Eu (ПЭМ).
Накопление заключенных в гель наночастиц, меченных FITC, в клетках лейкемии человека.

Наногель доставит частицы в клетку

Ключевые слова:  доставка лекарств, микрогель

Опубликовал(а):  Трусов Л. А.

25 ноября 2008

Необходимость доставить наночастицы в живые клетки возникает практически на каждом шагу. Трудность состоит в том, что многие наночастицы сами по себе токсичны для клеток. Поэтому частицы покрывают материалами, безвредными для живого организма. Одним из путей решения проблемы является заключение наночастиц в биосовместимые гели, однако при этом возникают новые сложности: размеры частиц геля не должны превышать 200 нм (таков верхний порог для неспецифического эндоцитоза частиц клетками), плюс необходимо обеспечить попадание наночастиц в этот гель (и обычно эффективность включения не превышает 50%).

Группа ученых из Германии и Канады предлагает использовать для решения этих проблем наночастицы с активными группами на поверхности. Такие частицы являются зародышами для формирования частиц микрогеля и поэтому автоматически оказываются заключенными внутри.

Свои эксперименты исследователи проводили на частицах LaF3:Eu диаметром 4 нм. На поверхности этих частиц было два типа лигандов, один из которых имел двойную связь (рисунок 1). Эти наночастицы добавляли к раствору, содержащему мономеры будущего геля: N-винилкапролактам (VCL) и ацетоацетоксиэтил метакрилат (AAEM), – а также инициатор полимеризации AMPA и N,N’-метиленбисакриламид в качестве кросслинкера. Полимеризацию проводили при 70°С в атмосфере азота.

В результате образовались частицы диаметром 100 нм, которые содержали 6,1 вес.% исходных наночастиц (рисунок 2). Несвязанных с гелем частиц LaF3:Eu вообще не было обнаружено. Полученные наногели (таким словом исследователи предлагают называть микрогели с размером частиц порядка 100 нм или меньше) были стабильны в воде, фосфатном буфере, 10% растворе сыворотки – это стандартные компоненты сред для выращивания культур клеток млекопитающих. Накопление частиц изучали на клетках лейкемии человека (рисунок 3). Чтобы понять, связано ли это накопление с активным эндоцитозом, ученые добавили токсин цитохалазин B, разрушив у клеток сеть микрофиламентов. Считается, что эта сеть необходима для активного поглощения клетками веществ извне. Оказалось, что после добавления токсина накопление наночастиц снизилось, что дает исследователям повод считать, что наночастицы не просто адсорбируются на поверхности, а действительно попадают внутрь клеток путем активного эндоцитоза. Цитотоксичность полученного наногеля низка даже при высоких концентрациях геля в питательной среде.

Таким образом, был предложен простой метод приготовления стабильных наногелей, которые легко накапливаются в живых клетках и могут быть наполнены практически любыми наночастицами. Работа «Biocompatible Hybrid Nanogels» опубликована в Small.


Источник: Wiley InterScience



Комментарии
Владимир Владимирович, 25 ноября 2008 04:08 
Да, столько интересного можно сделать в науке!
А зачем гели?
(Простое соображение: из хороших маленьких наночастиц (стабильный золь) не сложно сделать гель, а вот "гель наночастиц" отнюдь не всегда можно превратить в стабильную дисперсию)

И для фанатов русского языка: "кросслинкер" в старые добрые времена переводили как "сшивающий агент".
Трусов Л. А., 25 ноября 2008 04:11 
да уж, удивительно!
Владимир Владимирович, 25 ноября 2008 04:12 
Ага-таки!

И, кажется, понял: "наногель" обозначает наночастицы полимерного геля, а не гель наночастиц. (Хотя если исходить из исторических определений геля и других значений - возможно, не столь удачный термин...)
Честно говоря статья очень заинтересовала меня наличием в заголовке слова "наногель", ведь интересно же "как это так?" А на практике оказалось еще интереснее, поскольку, как указывается в скобочках, "наногели" - это "микрогели" с размером частиц нанометрового порядка... век живи, как говорится, век учись
Мда...
Теперь это называется нано. Про промышленную водоподготовку почитайте. Флокулянты используют уже очень давно. Нарастить потом на флокулы полимерной шубы и весь подвиг.

Кстати, зачем там фторид лантана?
LaF3:Eu3+ для визуализации (светятся).
Остальное очень напоминает экзерсисы с везикулами. Красиво in vitro, большие надежды - но никакого практического смысла.
Да и вопрос введения (большие вкусные инородные частицы). Трансдермальный барьер не проходят, на энтероцитах разрушаются - только непосредственно в кровоток. А там не успели дойти до "нужного места" - фагоциты съели
Трусов Л. А., 25 ноября 2008 12:57 
Владимир Владимирович, 25 ноября 2008 14:58 
Александр Ринатович,
Развейте, пожалуйста, мысль с флокулами на конкретных примерах
Владимир Владимирович, 25 ноября 2008 15:56 
Александр Борисович,
А если этот наногель в чашку Петри - будет ли универсально работать с бактериями? (В смысле включаться в состав клеток, делая их такими разноцветными )
Ой, и еще у меня мысли зашуршали под шапкой: как трудно сделать так, чтобы пометить различные органеллы такими гелями? (Исторически, вроде как, разные красители нашли методом тыка(?))
Собственно, на рисунке переход из а в б - это флокуляция. Если на этой точке процесс остановить - то всё слипнется и упадёт в осадок. Поэтому варят (кстати, это важно!) дальше и флокулы обрастают полимерной шубой.

Подтверждение этому - отсутствие несвязанных частиц в растворе.

В промышленности - сыплют алюминиевые квасцы в воду. Идёт полный гидролиз и образуется золь гидроокиси алюминия. Далее добавляют полиакриламид и ждут. Сперва идёт флокуляция, а затем коагуляция осадка. Фильтруют осадок. На выходе - чистая вода.
Ну, дальше хлорируют, убирают хлор аммиаком, анализируют, но это другая история
Трусов Л. А., 25 ноября 2008 16:41 
не перестаю удивляться, что ж промышленники в Small не печатаются?
Владимир Владимирович, 25 ноября 2008 16:47 
Спасибо, Александр Ринатович,
Я постараюсь обдумать Ваши тезисы как следует.
Мне кажется, на рисунке может и нет флокуляции как таковой: водорастворимый полимер растет на хорошо диспергированных зародышевых частицах. Формирование частиц "наногеля" происходит при сшивке полимера бифункциональным мономером.
Но может и не все так просто...
Владимир Владимирович, "универсальность" и избирательность весьма сомнительны. Там что-то было насчет "неспецифического эндоцитоза" (съел не то что хотел, а что рядом лежало). Чтобы избирательно окрасить надо специфичность повысить - за счет чего-нибудь "цито-привлекательного" в составе геля (каких-нибудь фрагментов витаминов или антител), ГЛБ наночастицы геля и т.п.
И если я правильно понял - органеллы "наногелем" покрасить не получится, фагосома гель растворяет и в цитоплазму уже попадают токсичные наночастицы содержимого
-----
не перестаю удивляться, что ж промышленники в Small не печатаются?
-----

А они про него просто не знают. И между собой это "наной" не называют.

----
И если я правильно понял - органеллы "наногелем" покрасить не получится, фагосома гель растворяет и в цитоплазму уже попадают токсичные наночастицы содержимого
----

Это вряд ли. Карбоцепной полимер, да ещё сшитый, фиг в чём растворишь. Правда сшивка всё-таки бис-ом. В принципе её могут протеазы почикать.
Владимир Владимирович, 26 ноября 2008 01:42 
Александр Ринатович,
Рапортую результаты раздумий:
Вы правы, что флокуляция имеет место, судя по ПЭМ "наногеля"
С другой стороны, флокуляция не является функционально необходимой, все бы работало и с инкапсуляцией индивидуальных частиц.
Но можно ли избежать флокуляции в данной системе, судить не берусь - все-таки достаточно необычные мономеры.
Вот такой получается консенсус
Владимир Владимирович, 26 ноября 2008 01:49 
Александр Борисович,
Согласен, что над специфичностью нужно будет работать.
Но мой главный вопрос тогда будет, является ли фагоцитоз универсальным для всех типов бактерий (и их различных клеточных мембран).
Поскольку, дальше, я соглашусь с Александр Ринатовичем, что разрушить сшитый наногель не так просто, и всегда можно будет найти более прочные функциональные мономеры для сшивки.

То есть, что мы имеем: если проницаемость через мембрану - универсальна, то можно будет нацепить и функциональные группы на поверхность для нужных специфических взаимодействий а также защитить капсулу сшивкой от разрушения.
fozgen, 28 ноября 2008 16:41 
Авторы сильно извращаются с терминами - ввели зачем-то наногель вместо общепринятого микрогеля (полимерные частицы с зависимыми от температуры размерами), при этом в статье таки чаще используют именно классический термин.
fozgen, 28 ноября 2008 16:46 
Собственно, на рисунке переход из а в б - это флокуляция. Если на этой точке процесс остановить - то всё слипнется и упадёт в осадок. Поэтому варят (кстати, это важно!) дальше и флокулы обрастают полимерной шубой.


Это не флокуляция а "схлопывание" частиц микрогеля. Если не перегревать, то такие частицы вполне стабильны за счет остаточных зарядов. На рис 3 авторы пытались это показать.

Подтверждение этому - отсутствие несвязанных частиц в растворе.

В статье речь идет об отсутствии свободных частиц LaF3:Eu, а не микрогеля.
fozgen, 28 ноября 2008 16:49 
А в целом интересный пример, как обратить проблему в полезное применение. Дело в том что при получении core-shell частиц микрогеля очень часто полимер нарастает не вокруг отдельных частиц, а вокруг агломератов. Особенно в случае экзотических частиц типа описанной в статье.
Владимир Владимирович, 29 ноября 2008 03:59 
Частицы, конечно, стабильны!
Но флокуляция ведь не слишком внятно определена, как и "схлопывание".
Поскольку слишком много наночастиц зародышей очень близко к другу другу, их агрегация наиболее вероятно происходит на ранних стадиях формирования полимерной оболочки.
-----
[I]Собственно, на рисунке переход из а в б - это флокуляция. Если на этой точке процесс остановить - то всё слипнется и упадёт в осадок. Поэтому варят (кстати, это важно!) дальше и флокулы обрастают полимерной шубой.


Это не флокуляция а "схлопывание" частиц микрогеля. Если не перегревать, то такие частицы вполне стабильны за счет остаточных зарядов. На рис 3 авторы пытались это показать.[/I]
-----

Микрогеля на той стадии ещё нет. Это зародыши гелевых частиц.
А частицы будут стабильны. Минут 15, примерно.

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Металлорганический Светоч
Металлорганический Светоч

VIII Международная Конференция «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов»
VIII Международная Конференция «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов» (http://dfmn.imetran.ru/) пройдет в Москве (ИМЕТ РАН) с 19 по 22 ноября 2019 г. В рамках Конференции пройдет Молодежная школа-конференция.

Более 770 площадок пожелали присоединиться к Всероссийскому химическому диктанту с международным участием 18 мая
Более 770 площадок подали заявки на участие во II Всероссийском химическом диктанте, который в этом году пройдет с международным участием 18 мая в 13:00. Мероприятие организовано Московским государственным университетом имени М.В. Ломоносова, Химическим факультетом МГУ и корпорацией «Российский учебник» при поддержке Ассоциации учителей и преподавателей химии.

Найдены превращающие свет в электричество камни
Ученые обнаружили возникновение электрического тока в неорганических системах, что напоминает первые этапы усваивания энергии Солнца бактериями и растениями в процессе фотосинтеза. Открытое явление протекает в различных минералах и почвах. В отличие от обычного фотосинтеза, в данном случае участвуют только неорганические соединения, которые не имеют отношения к деятельности живых форм.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2019 году
Семенова Анна Александровна
21-24 мая 2019 года в лабораторном корпусе Б пройдут защиты магистерских диссертаций выпускниками ФНМ МГУ.

«Наука открывает огромные просторы для творчества»
Яна Хлюстова, Екатерина Мищенко
Об олимпиадах школьников и начале научного пути в интервью Indicator.Ru рассказала Екатерина Жигилева, студентка второго курса химического факультета МГУ им. Ломоносова.

Интервью с Константином Козловым - абсолютным победителем XIII Наноолимпиады
Семенова Анна Александровна
Школьник 11 класса Константин Козлов (г. Москва) стал абсолютным победителем Олимпиады "Нанотехнологии - прорыв в будущее!" 2018/2019 по комплексу предметов "физика, химия, математика, биология". О своих впечатлениях, увлечениях и немного о планах на будущее Константин поделился с нами в интервью.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.