Методика покрытия полиэлектролитных капсул магнетитом, изучение эффективности загрузки лекарственным препаратом

1.

НИЦ « Курчатовский
институт»
Государственное бюджетное образовательное учреждение
«Школа №1582»
Методика покрытия полиэлектролитных капсул
магнетитом, изучение эффективности загрузки
лекарственным препаратом.
Авторы:
Хегай Владимир Евгеньевич 10В
Сучков Пётр Алексеевич 10В
Научный консультант: Саруханова Виктория Витальевна, сотрудник
НИЦ «КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ»
Лаборатория нанокапсул и адресной доставки лекарственных средств
Руководитель: Сюкиева Людмила Дорджиевна, учитель 1физики
Москва, 2024г.

2.

Работа посвящена изучению полиэлектролитных капсул с
магнетитом в оболочке
Гипотеза:
Количество магнетита в оболочке влияет на эффективность загрузки
лекарственных препаратов
Актуальность:
Одним из перспективных направлений в данной области является
получение полиэлектролитных капсул, оболочка которых
модифицирована наночастицами магнетита с добавлением
доксорубицина, благодаря возможности локального нагрева
магнитным полем они находят ряд применений, особенно при
лечении опухолей.
Количество наночастиц магнетита влияет на эффективность
загрузки лекарственных препаратов.
2

3.

Объект исследования:
полиэлектролитные капсулы с магнетитом
оболочке и с доксорубицином внутри.
Предмет иссследования:
эффективность
загрузки
доксорубицина
полиэлектролитные капсулы с магнетитом в оболочке.
в
в
Цель работы: Получение полиэлектролитных капсул с магнетитом, с целью дальнейшего изучения
эффекивности загрузки доксорубицина в них.
1. Изучить и проанализировать литературу по данной теме
2. Получить капсулы на основе полимеров PSS/PAH.
3. Отработать методику покрытия капсул магнетитом.
4. Исследовать и изучить эффективность загрузки доксорубицина в капсулы с разным процентным
содержанием.
Этапы
I этап. Подготовительный. Выбор темы, составление плана работы.
II этап. Теоретический. Изучение и анализ литературы по данной теме.
III этап. Основной этап. Экспериментальный. Проведение экспериментов, исследование образцов.
IV этап. Заключительный. Анализ и обработка полученных результатов. Выводы.
3

4.

Ядро капсулы
В качестве ядра можно использовать
широкий спектр материалов, но мы
использовали карбонат кальция
(CaCO3).
Важные свойства сферических частиц
ватерита:
• Растворимость в мягких условиях
(температура, pH),
• Пористость
• Биосовместимость
Важные свойства карбоната кальция:
• Высокая площадь поверхности
• Пористость
Получение:
• CaCl2+Na2CO3→2NaCl+CaCO3
Рис. 1- СЭМ-изображение частиц карбоната кальция
4

5.

Наночастицы магнетита
В данной работе были использованы наночастицы магнетита(Fe3O4) со средним размером: 18,5
нм.
Рис. 2- ПЭМ-изображение наночастиц магнетита
5

6.

Получение
капсул
Для создания многослойной
полиэлектролитной оболочки на
поверхности частиц
используются 2 раствора
(раствор полианиона и раствор
поликатиона).
Рис. 3- Схема получения капсул
6

7.

Целевая доставка с помощью
наночастиц магнетита
В настоящее время широкое применение
получили биосовместимые частицы оксида
железа, что связано с их низкой токсичностью
и
хорошей
стабильностью.
Наиболее
подходящими среди модификаций оксида
железа является магнетит (Fe3O4), который не
проявляет
токсических
свойств.
Было
установлено, что мелкодисперсный магнетит
выводится из кровяного русла через 1-6 ч
после
внутривенного
или
внутриартериального
введения
и
перераспределяется по органам и тканям.
Отмечено,
что
наночастицы
Fe3O4
приблизительно к концу второй недели после
введения полностью выводятся из организма.
Рис. 4-Концепция использования магнитных
наночастиц в онкологии
Включение лекарственных веществ в оболочку капсул
Загрузка активных веществ в
капсулы может
осуществляться различными
способами. В первом случае
активное вещество
предварительно
адсорбируется на пористом
ядре с последующим
формированием
многослойной
полиэлектролитной оболочки
на его поверхности. Во
втором случае сначала
формируется полая капсула,
которую потом заполняют
биологически активным
веществом.
К настоящему времени
проведены работы по
капсулированию различных
лекарств в полые капсулы.
Одним из наиболее часто
применяемых препаратов
является доксорубицин
(ДОКС).
Известно, что антираковый
препарат доксорубицин
эффективен, но обладает
низкой биодоступностью.
Улучшить биодоступность
доксорубицина можно
включив его в
микромолекулярные
наноконтейнеры .
Рис. 5- Структурная формула доксорубицина
7

8.

Методы исследования
• Метод СЭМ
Сканирующий электронный микроскоп - прибор,
основанный на взаимодействии электронного пучка с
веществом, предназначенный для получения
изображения поверхности объекта с высоким
пространственным разрешением, а также о составе и
строении приповерхностных слоёв.
• Метод ПЭМ
устройство для получения изображения с помощью
проходящего через образец пучка электронов.
• Спектрофотометрия
физико-химический метод исследования растворов и
твёрдых веществ, основанный на изучении спектров
поглощения в ультрафиолетовой, видимой и
инфракрасной областях спектра.
8

9.

Ход исследований.
Эксперименты
• Создание полиэлектролитной оболочки на основе карбоната
кальция
• Растворение ядра (карбоната кальция)
• Термоиндуцированное сжатие ядра
• Включение доксорубицина в ядро капсулы
9

10.

Основные результаты
1. Отработка методики покрытия многослойных капсул наночастицами магнетита.
1мкм
А)
1мкм
Б)
1мкм
В)
Рис. 6 – Модификация полиэлектролитных капсул магнетитом разной концентрации: ( А)- Fe3O4 (0.01 mg/ml), Б)- Fe3O4 (0.1 mg/ml), В)- Fe3O4 (1
mg/ml) )
10

11.

2. Изучение влияния температурного воздействия на размер и морфологию поверхности
КЛЮЧЕВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
капсул.
50ºС
А)
70ºС
1мкм
80ºС
В)
Б)
1мкм
90ºС
Г)
Средний размер капсул, полученный из
обработки СЭМ-изображений
Образец
Ср размер(мкм)
После 50ºС
2,00±0,2
После 70ºС
1,50±0,2
После 80ºС
1,10±0,2
После 90ºС
0,80±0,2
Образец
1мкм
1мкм
Рис. 7 – СЭМ-изображения капсул (PSS/PAH)3: А)-при 50ºС,
Дзета-потенциал, мВ
После 50ºС
17,1±2,0
После 70ºС
22,3±1,5
После 80ºС
20,7±0,7
После 90ºС
28,6±2,1
Б)- при 70ºС,
В)- при 80ºС,
В)- при 90ºС.
11

12.

3. Определение эффективности загрузки
доксорубицина капсулы
PSS/PAH/PSS/PAH/PSS/PAH.
D=8,01755C+0,1747, C(доксорубицина)=29 мкг/мл
D1=0,5466 отн.ед
C1(в супернатанте)=13,5мкг/мл
D2=0,52116
отн.ед.
C2(в супернатанте)=12,7мкг/мл
(D)
Оптическая плотность
В каждый образец добавляли 14,5 мкг вещ-ва
Длина волны (нм)
Рис. 8 Спектр поглощения доксорубицина в
супернатанте для капсул (PSS/PAH)3 (загрузку
проводили при 25 ºС и 90 ºС)
Для определения массы, взяли 1 мл
раствора, определили концентрацию
вещ-ва в нём, далее из общей
концентрации вычли концентрацию
вещ-ва в супернатанте:
C-C1=1 мкг
C-C2=1,8 мкг
12

13.

D2=0,532114 отн.ед
C1(в супернатанте)=10,2мкг/мл
C2(в супернатанте)=9,5мкг/мл
(D)
• D=8,01755C+0,1747,
C(доксорубицина)=29
мкг/мл
D1=0,584 отн.ед
Оптическая плотность
4.Определение
эффективности загрузки
доксорубицина в
капсулы с
наночастицами
магнетита
Длина волны (нм)
Рис. 9 Спектр поглощения в супернатанте для
капсул PSS/PAH/Mnp/PAH/Mnp/PAH(загрузку
проводили при 25 ºС и 90 ºС)
Для определения массы, взяли 1 мл
раствора, определили концентрацию
вещ-ва в нём, далее из общей
концентрации вычли концентрацию
вещ-ва в супернатанте:
C-C1=4,3 мкг
C-C2=5 мкг
13

14.

• В ходе исследования было получено:
• Синтезированы капсулы (PSS/PAH)3,
PSS/PAH/Mnp/PAH/Mnp/PAH.
Выводы:
• Изучено влияние температурного воздействия на
размер и морфологию поверхности капсул.
• Отработана методика покрытия многослойных
капсул наночастицами магнетита.
• Спектрофотометрически определена
эффективность включения доксорубицина в
капсулы. Было обнаружено, что эффективность
загрузки вещества в капсулы с магнетитом выше,
чем в капсулы без наночастиц.
14

15.

Перспективы:
• 1. Планируется оптимизировать условия синтеза магнитных
наночастиц различного состава и формы.
• 2. Показать влияние особенностей структуры наночастиц на их
свойства, важные для медицинских. приложений.
• 3. Разработать способы включения наночастиц в органические
оболочки капсул.
15