Ученые создали искусственные эритроциты, которые переносят кислород и лекарства
Биоинженеры из Китая и США создали гибридные микрочастицы, идентичные по свойствам красным кровяным тельцам – эритроцитам. Они такие же по размеру, форме, способности деформироваться и переносить кислород.
Статья с описанием результатов опыта с искусственными эритроцитами опубликована в журнале ACS Nano.
Эритроциты – клетки крови без ядра и многих других органелл дисковидной двояковогнутой формы, которая позволяет сплющиваться, чтобы протиснуться через узкие капилляры. Основная функция эритроцитов – перенос кислорода и углекислого газа.
Ученые не раз пытались имитировать отдельные свойства эритроцитов в синтетических частицах. Их усилия вдохновили группу исследователей из Китая и США на создание искусственных телец, которые повторяли бы все свойства настоящих эритроцитов.
Искусственные частицы создавали в четыре этапа. Чтобы скопировать форму эритроцитов, живые клетки покрывали 10-нанометровым слоем аморфного оксида кремния, помещая фиксированные в формальдегиде красные кровяные тельца в раствор кремниевой кислоты на 24 часа, а затем осаждая кислоту с помощью ферментов. Полученные частицы использовали как форму для послойного осаждения самособирающихся биосовместимых полимеров. Затем из частиц вытравливали оксид кремния плавиковой кислотой, а полимерный остов толщиной около 90 нанометров покрывали мембраной, которую выделили из эритроцитов.
Этапы создания искусственного эритроцита
Исследователи убедились, что мембрана эритроцитов покрыла частицы правильной стороной и сохранила свои свойства.
Механические свойства частиц проверили в микрофлюидной системе, которая имитировала капилляры и состояла из тонких трубочек между двумя более широкими. Вместе с потоком жидкости искусственные эритроциты успешно просочились сквозь капилляры диаметром пять микрометров и обратимо меняли форму так же, как и настоящие красные кровяные тельца.
Затем частицы протестировали в живых системах. Их вводили в глазничную область мышей и в оболочку зародыша курицы. Частицы циркулировали в крови мышей относительно долго: через 48 часов в кровотоке остался 21% искусственных эритроцитов. А затем они откладывались в тканях, в основном в печени. С помощью флуоресцентного мечения удалось записать движение искусственных эритроцитов по капиллярам эмбриона курицы.
За месяц после инъекции микрочастицы не вызвали никаких побочных эффектов у мышей: вес животных оставался постоянным, уровень метаболитов в крови был нормальным, а при вскрытии исследователи не обнаружили патологических изменений печени, почек, легких или селезенки.
После первичного тестирования пустых эритроцитов в частицы добавили различные “грузы”: гемоглобин, контрастирующие агенты для МРТ, противоопухолевый препарат, оксид железа Fe3O4 или флуоресцентный сенсор АТФ.
Частицы с гемоглобином переходили из оксигенированного в дезоксигенированное состояние и обратно при помещении в азот или атмосферный воздух. Кривые насыщения кислородом были близки таковым у настоящих эритроцитов. В зависимости от строения полимерной оболочки частицы либо задерживали груз, либо высвобождали его.