Междисциплинарное сотрудничество в Инженерной школе Свенсона Университета Питтсбурга приближает эту концепцию к реальности благодаря разработке микрочастиц железа шелка (SIMPs) - крошечных, магнитных и биоразлагаемых носителей, предназначенных для точной доставки лекарств и методов лечения к таким участкам тела, как аневризмы или опухоли.

Под руководством выпускницы Pitt Анде Марини (BioE PhD '25), ныне аспирантки по кардиоторакальной хирургии в Стэнфордском университете, Дэвида Ворпа, профессора биоинженерии Джона А. Свенсона и Джастина Вайнбаума, доцента-исследователя биоинженерии, команда представила результаты "Химическое сопряжение наночастиц оксида железа для разработки Частицы шелка, управляемые магнитом", были опубликованы в февральском выпуске ACS Applied Materials & Interfaces.

Команда Марини была вдохновлена на разработку этих частиц в рамках миссии своей лаборатории по совершенствованию методов лечения аневризм брюшной аорты (ААА), которые при отсутствии лечения могут быть опасны для жизни и приводить почти к 10 000 смертей в год. Обеспечивая неинвазивную доставку регенеративной терапии на ранних стадиях с использованием внеклеточных везикул - мембранных капсул, которые могут способствовать межклеточной коммуникации, - они надеются в конечном итоге снизить потребность в хирургическом вмешательстве при ААА.

"Мы хотим найти способ доставки внеклеточных пузырьков к месту аневризмы брюшной аорты наименее инвазивным из возможных способов", - сказал Ворп. "Мы предполагали, что сможем ввести внеклеточные пузырьки на носитель, а затем каким-то образом направить носитель к внешней стороне стенки аорты, поэтому нам пришла в голову идея использовать магнитное притяжение".

Для создания магнитных частиц команда сотрудничала с Мостафой Бедеви, доцентом кафедры машиностроения и материаловедения в школе Свенсона, и Голназ Томараей (IE PhD '23), выпускницей Pitt и бывшей аспиранткой Бедеви. Опыт дуэта в области наноматериалов и нанотехнологий помог команде создать магнитные наночастицы, которые примерно в стотысячную часть толщины человеческого волоса. В таком чрезвычайно малом масштабе наноматериалами можно манипулировать, чтобы они приобретали уникальные свойства, такие как магнитная восприимчивость.

"Наша роль состояла в том, чтобы синтезировать магнитные наночастицы с нужными свойствами и прикрепить их к шелку таким образом, чтобы они оставались прикрепленными во время движения", - сказал Бедеви. "Вы можете думать об этом как о буксировке груза - мы создали частицы для перевозки лекарств, а наночастицы - это буксирный крюк".

Магнитно-управляемые материалы ранее использовались для различных медицинских применений, но уникальный подход команды заключался в создании SIMPs путем химического соединения магнитных наночастиц с шелком - биосовместимым материалом, одобренным FDA, - с использованием химического соединения глутатиона.

"Мы соединили биоматериалы и химическую конъюгацию, чтобы создать частицы, которые можно было бы направлять с помощью магнита", - сказал Марини. "Химически связав наночастицы оксида железа с регенерированным фиброином шелка, мы улучшили их магнитную подвижность, так что потенциально можем локализовать их снаружи в интересующем нас участке тела".

Это исследование открывает двери для широкого спектра будущих применений - от таргетной терапии рака до регенеративных методов лечения сердечно-сосудистых заболеваний. Благодаря возможности магнитно направлять частицы, следующим шагом является загрузка их терапевтическим грузом.

"В этой статье мы показываем, что можем создать пустой носитель, который можно перемещать с помощью магнита", - сказал Марини. "Следующий шаг - выяснить, какой груз мы можем загрузить - регенеративные факторы, лекарства или другие материалы, которые люди хотят локализовать с помощью магнитного поля. Будь то доставка лекарств от рака с меньшим количеством побочных эффектов или замедление деградации тканей при аневризмах, эта технология обладает широким потенциалом для регенеративной медицины".

На наноуровне эти результаты также помогают команде Бедьюи продолжать адаптировать молекулярную структуру частиц и контролировать скорость высвобождения лекарств для расширенных биомедицинских применений.

"Мы пытаемся создать набор инструментов для лечения, и в материаловедении есть много возможностей для создания большего количества инструментов, которые могут быть полезны врачам и биоинженерам, чтобы помочь создавать различные способы решения проблем в организме", - сказал Бедьюи. "Это захватывающий проект, в котором люди с очень разным набором знаний собрались вместе, чтобы решить проблему и добиться результата, который потенциально может оказать огромное влияние на человеческие жизни".