Ученые ИВС РАН установили, что влияет на форму наночастиц пектинов – перспективных носителей лекарственных веществ

Полимеры класса полисахаридов очень широко распространены в природе и активно используются в различных отраслях промышленности и медицине. Этому способствуют биосовместимость, биоразлагаемость и коммерческая доступность полисахаридов, а также возможность относительно легкого проведения химической модификации их структуры.

Особый интерес для использования в медицине представляют полисахариды, контролировать свойства которых можно путем изменения уровня кислотности окружающей среды, то есть показателя pH. Например, полисахариды, гелеобразование которых зависит от pH, можно использовать при создании наноконтейнеров для адресной доставки лекарств, поскольку уровень кислотности различается у разных тканей и органов. К таким полисахаридам относятся пектины  – исключительно дешевые соединения, которые сейчас применяются в пищевой промышленности в виде эмульгаторов и гелей.

Несмотря на то, что самоорганизация пектинов, приводящая к их гелеобразованию, чрезвычайно широко используется на практике, ее молекулярные основы до сих пор недостаточно изучены из-за структурной неоднородности макромолекул пектинов, в которых линейные участки полигалактуроновой кислоты (ПГУК) – основной цепи пектинов – перемежаются гребнеобразными блоками.

Для решения этой проблемы в ИВС РАН было впервые изучено чувствительное к уровню кислотности среды образование физических узлов сетки основной цепи пектинов на уровне субмикронных частиц ПГУК, полученных методом наноосаждения в Иркутском институте химии им. А.Е. Фаворского Сибирского отделения Российской академии наук.

Исследование частиц ПГУК, проведенное методами динамического и статического рассеяния света в лаборатории молекулярной физики ИВС РАН, показало, что в зависимости от pH среды происходит образование и разрушение надмолекулярной структуры полигалактуроновой кислоты. В кислой среде цепочки полимера формируют спирали, которые, в свою очередь упаковываются в так называемые «пачки», из-за чего частицы ПГУК принимают вытянутую форму. При снижении кислотности среды, то есть при повышении pH, эти «пачки», служащие многофункциональными узлами сетки, разрушаются, и частицы ПГУК из вытянутых становятся  сферическими. Исследование морфологии высушенных частиц методом атомно-силовой микроскопии, выполненное в лаборатории природных полимеров ИВС РАН, показало, что форма частиц в процессе высушивания сохраняется, хоть они при этом компактизируются.

Глубокое научное представление о протекающих процессах при формировании наночастиц пектинов позволит подобрать условия, при которых возможно целенаправленно контролировать их размер, заряд и морфологию поверхности, а значит – решить проблемы изготовления наноконтейнеров для их успешного применения в медицинской практике.

«Проведенные нами фундаментальные исследования исходных коллоидов ПГУК позволили разобраться в механизме pH-чувствительности не только пектинов, – говорит к.ф-м.н. Е.Р. Гасилова, – фактически, в сходных условиях в Иркутском институте химии СО РАН были синтезированы наночастицы серебра (AgНЧ) с помощью восстановления ионов серебра функциональными группами полигалактуроновой кислоты, и получены частицы нанобиокомпозитов ПГУК@НЧAg, перспективные для диагностики онкозаболеваний, поскольку AgНЧ обладают поглощением в видимом свете, и кроме того – собственной биологической активностью. В настоящее время наши совместные исследования успешно продолжаются».

Результаты исследования опубликованы в журнале Carbohydrate Polymers – одном из ведущих журналов области науки о полимерах. (Gasilova E.R., Aleksandrova G.P., Tyshkunova I.V. Colloidal nanoparticles of sodium polygalacturonate prepared by nanoprecipitation // Carbohydrate Polymers. – 2022. – Т. 291.  DOI: 10.1016/j.carbpol.2022.119521)

#статьиQ1