RU196226U1

RU196226U1 - CARRIER FOR DIAGNOSTICS, DIRECTED DELIVERY AND CONTROLLED DISCONTINUATION OF MEDICINES

Info

Publication number: RU196226U1
Application number: RU2019129881U
Authority: RU
Inventors: Павел Михайлович СОКОЛОВ; Игорь Руфаилович Набиев; Галина Олеговна Нифонтова
Priority date: 2019-09-24
Filing date: 2019-09-24
Publication date: 2020-02-21

Abstract

Полезная модель относится к области медицинских исследований и терапии онкологических заболеваний.Раскрыт носитель для направленной доставки и контролируемого высвобождения лекарственных средств, представляющий собой микрокапсулу, оболочка которой состоит из слоев полиэлектролитов, причем на поверхности внешнего слоя полиэлектролита иммобилизованы однодоменные антитела специфичные к маркерам онкологических заболеваний, а между слоями полиэлектролитов нанесен слой, включающий магнитные наночастицы, слой, включающий инфракрасные квантовые точки, а также слой, включающий плазмонные наночастицы, где слои инфракрасных квантовых точек, магнитных и плазмонных наночастиц разделены тремя чередующимися слоями полиэлектролитов разных зарядов, при этом сама оболочка выполнена с возможностью разрушения в ответ на излучение, а внутри микрокапсулы находится лекарственное средство. При этом на поверхности микрокапсулы находятся молекулы органического флуоресцентного красителя, соединенные с поверхностью микрокапсулы с помощью линкера, который обеспечивает сближение органического флуоресцентного красителя и квантовыми точками при изменении pH от нейтрального до слабокислотного, при этом органический флуоресцентный краситель и квантовые точки подобраны так, что спектр флуоресценции квантовых точек позволяет возбуждать флуоресценцию органического флуоресцентного красителя.Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в снижении стоимости изготовления и использования носителя для диагностики, направленной доставки и контролируемого высвобождения лекарственных средств, а также повышению удобства использования, благодаря возможности детекции проникновения и накопления носителя внутри опухоли с помощью только оптических методов. 10 з.п. ф-лы, 1 ил.The utility model relates to the field of medical research and cancer therapy. A carrier for the targeted delivery and controlled release of drugs is disclosed, which is a microcapsule, the shell of which consists of layers of polyelectrolytes, and single-domain antibodies specific to cancer markers are immobilized on the surface of the outer layer of the polyelectrolyte between the layers of polyelectrolytes a layer is applied, including magnetic nanoparticles, a layer, including infrared e quantum dots, as well as a layer including plasmon nanoparticles, where the layers of infrared quantum dots, magnetic and plasmon nanoparticles are separated by three alternating layers of polyelectrolytes of different charges, while the shell itself is made with the possibility of destruction in response to radiation, and there is a drug inside the microcapsule. At the same time, the molecules of the organic fluorescent dye are located on the surface of the microcapsule, which are connected to the surface of the microcapsule using a linker, which ensures the convergence of the organic fluorescent dye and quantum dots when the pH changes from neutral to weakly acid, while the organic fluorescent dye and quantum dots are selected so that the fluorescence spectrum of quantum dots makes it possible to excite fluorescence of an organic fluorescent dye. The technical result of the proposed A useful model is to reduce the cost of manufacturing and using the carrier for diagnostics, targeted delivery and controlled release of drugs, as well as increasing the usability, due to the possibility of detecting the penetration and accumulation of the carrier inside the tumor using only optical methods. 10 s.p. f-ly, 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области медицинских исследований и терапии онкологических заболеваний. Предлагаемый носитель служит для направленной доставки лекарственных средств, их контролируемого высвобождения, диагностики онкологических заболеваний и визуализации места локализации опухоли, включая мониторинг динамики высвобождения лекарственных средств, при этом обеспечивая снижение стоимости его изготовления и использования, а также позволяет использовать его исключительно с системами для оптической визуализации. Предлагаемое решение позволяет контролировать проникновение носителя внутрь опухоли без применения дорогостоящих методов детекции, таких как позитронно-эмиссионная томография, компьютерная томография или магнитно-резонансная томография. Предлагаемый носитель в комбинации с известными противоопухолевыми препаратами может использоваться для терапии онкологических заболеваний, а также для научных исследований, связанных с разработкой новых методов терапии онкологических заболеваний.The utility model relates to the field of medical research and cancer therapy. The proposed carrier is used for targeted delivery of drugs, their controlled release, diagnosis of cancer and visualization of the location of the tumor, including monitoring the dynamics of the release of drugs, while reducing the cost of its manufacture and use, and also allows you to use it exclusively with systems for optical imaging . The proposed solution allows you to control the penetration of the carrier into the tumor without the use of expensive methods of detection, such as positron emission tomography, computed tomography or magnetic resonance imaging. The proposed carrier in combination with known antitumor drugs can be used for the treatment of cancer, as well as for scientific research related to the development of new methods of treatment of cancer.

Известен носитель для визуализации, направленной доставки и высвобождения лекарственных средств, описанный в международной заявке [1]. Известное решение представляет собой липосому, включающую фосфолипиды, магнитные наночастицы, метки для визуализации и/или детекции и лекарственное средство, которое может высвобождаться из липосом в результате внешнего воздействия. В качестве метки для визуализации используются изотопы, контрастные агенты, флуорофоры или метки для позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ). Высвобождение лекарственных средств из липосом происходит вследствие ее разрушения, которое происходит при конверсии сфингомиелина в керамид. Данная реакция осуществляется ферментом сфингомиелиназой, активность которого повышена в опухолевых клетках или может быть индуцирована внешним стимулом, например, облучением ультрафиолетовым излучением, нагревом, окислительным стрессом или воздействием ионизирующего излучения. К недостаткам данного способа стоит отнести то, что не предусмотрена возможность контроля высвобождения лекарственных средств, а также то, что для точной оценки проникновения носителя внутрь опухоли может применяться только дорогостоящая позитронно-эмиссионная или компьютерная томография.Known media for visualization, targeted delivery and release of drugs described in the international application [1]. A known solution is a liposome, including phospholipids, magnetic nanoparticles, labels for visualization and / or detection, and a drug that can be released from liposomes as a result of external exposure. Isotopes, contrast agents, fluorophores, or labels for positron emission tomography (PET) are used as labels for imaging. The release of drugs from liposomes occurs due to its destruction, which occurs during the conversion of sphingomyelin to ceramide. This reaction is carried out by the enzyme sphingomyelinase, the activity of which is increased in tumor cells or can be induced by an external stimulus, for example, irradiation with ultraviolet radiation, heating, oxidative stress or exposure to ionizing radiation. The disadvantages of this method include the fact that it is not possible to control the release of drugs, as well as the fact that only costly positron emission or computed tomography can be used to accurately evaluate the penetration of the carrier into the tumor.

Носитель для диагностики, направленной доставки и контролируемого высвобождения лекарственных средств, описанный в патенте [2], выбран в качестве прототипа. Известный носитель представляет собой микрокапсулу, содержащую лекарственные средства, метки для детекции оптическими методами и с помощью ПЭТ. Оболочка микрокапсулы содержит магнитные наночастицы, для направленной доставки, плазмонные наночастицы, для индукции разрушения оболочки микрокапсулы и высвобождения лекарственных средств, и квантовые точки (КТ) для оптической детекции носителя. При этом на поверхности КТ для ПЭТ и оболочки микрокапсулы, расположены биологические распознающие молекулы, связывающие заданные онкомаркеры. К недостаткам известного решения стоит отнести то, что детектировать проникновение носителя внутрь опухоли можно только с помощью ПЭТ томографии, что является весьма дорогостоящим и не очень распространенным методом, который также требует квалифицированных кадров для его проведения. Кроме того, изготовление самих меток для ПЭТ - это дорогостоящий процесс, для которого требуются прекурсоры, содержащие позитрон-излучающие изотопы.A carrier for diagnostics, targeted delivery and controlled release of drugs described in the patent [2], is selected as a prototype. A known carrier is a microcapsule containing drugs, labels for detection by optical methods and using PET. The shell of the microcapsule contains magnetic nanoparticles for targeted delivery, plasmon nanoparticles for inducing the destruction of the shell of the microcapsule and the release of drugs, and quantum dots (CT) for optical detection of the carrier. At the same time, on the surface of the CT scan for PET and the microcapsule membrane, there are biological recognition molecules that bind the given tumor markers. The disadvantages of the known solution include the fact that it is possible to detect carrier penetration into the tumor only using PET tomography, which is a very expensive and not very common method, which also requires qualified personnel for its implementation. In addition, making the labels themselves for PET is an expensive process that requires precursors containing positron-emitting isotopes.

Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в снижении стоимости изготовления и использования носителя для диагностики, направленной доставки и контролируемого высвобождения лекарственных средств, а также повышению удобства использования, благодаря возможности детекции проникновения и накопления носителя внутри опухоли с помощью только оптических методов.The technical result of the proposed utility model is to reduce the cost of manufacturing and using the carrier for diagnostics, targeted delivery and controlled release of drugs, as well as increasing the usability, due to the possibility of detecting carrier penetration and accumulation inside the tumor using only optical methods.

Технический результат достигается тем, что известный носитель для диагностики, направленной доставки и контролируемого высвобождения лекарственных средств, представляющий собой микрокапсулу, оболочка которой состоит из трех и более слоев полиэлектролитов, причем на поверхности внешнего слоя полиэлектролита ориентированным образом иммобилизованы биологические распознающие молекулы, а между слоями полиэлектролитов нанесен один и более слоев, включающий магнитные наночастицы, также нанесен один и более слоев, включающий квантовые точки, и один и более слоев, включающий плазмонные наночастицы, при этом сама оболочка выполнена с возможностью разрушения в ответ на внешнее воздействие, а внутри микрокапсулы находится лекарственное средство, выполнен так, что на поверхности микрокапсулы находятся молекулы органического флуоресцентного красителя, соединенные с поверхностью микрокапсулы с помощью линкера, конформация которого изменяется при изменении рН.The technical result is achieved by the fact that the known carrier for diagnostics, targeted delivery and controlled release of drugs, which is a microcapsule, the shell of which consists of three or more layers of polyelectrolytes, and on the surface of the outer layer of the polyelectrolyte biological recognition molecules are immobilized in an oriented manner, and between the layers of polyelectrolytes one or more layers, including magnetic nanoparticles, are deposited; one and more layers, including quantum ts, are also deposited cells, and one or more layers, including plasmonic nanoparticles, while the shell itself is capable of destruction in response to external exposure, and inside the microcapsule is a drug, made so that on the surface of the microcapsule are molecules of an organic fluorescent dye connected to the surface of the microcapsule using a linker, the conformation of which changes with a change in pH.

Терапевтическая эффективность противоопухолевых средств зависит не только от их адресной доставки и накопления заданной терапевтической дозы, но и от локализации внутри опухолевых тканей. Для направленной доставки лекарственных средств к опухолевым клеткам применяются специальные носители, на поверхности которых иммобилизуются биологические распознающие молекулы, как правило, антитела, которые позволяют носителю таргетно накапливаться в опухолевых клетках. При этом современные носители создаются так, чтобы их оболочка могла разрушаться и высвобождать лекарственные средства в ответ на внешнее воздействие, что позволяет достичь локальной высокой концентрации лекарственных средств и повышает эффективность терапии. При этом для детекции накопления носителя около опухолевых клеток и внутри опухоли используются метки для детекции оптическими методами, методами магнитно-резонансной томографии (МРТ), компьютерной томографии (КТ) или позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). При этом все методы, кроме оптического, позволяют детектировать накопление носителя внутри опухоли, в то время как оптическая детекция не способна различить сигнал от меток, находящихся на поверхности и в глубине опухоли. Однако, оборудование для КТ, МРТ или ПЭТ достаточно дорого, для работы с ним требуется специальный персонал, и оно не всегда есть в научно-исследовательских лабораториях, занимающихся исследованиями по разработке новых лекарственных препаратов и терапии онкологических заболеваний. Кроме того, учитывая, что для проведения фотодинамической терапии (ФДТ) и визуализации перемещения и накопления носителя используется оптическое излучение, то крайне актуально наличие носителя, положение которого внутри опухоли можно было бы также детектировать только оптическими методами. Известно, что из-за быстрого роста опухолевых клеток и недостатка кислорода внутри опухолевых тканей летки попадают в анаэробные условия, что приводит к частичной перестройке метаболизма и снижению значения рН в опухолевых тканях. Так здоровые ткани обладают практически нейтральным рН 7,4, в то время как рН опухолевых тканей слабокислотный и составляет порядка 6,5. Предлагаемый нами носитель представляет собой многослойную микрокапсулу из полиэлектролитов, на поверхности которой иммобилизованы биологические распознающие молекулы, причем между слоями полиэлектролитов расположен один и более слоев плазмонных наночастиц, которые служат для контролируемого разрушения оболочки, один и более слоев магнитных наночастиц, которые служат для активного перемещения носителя, а также один и более слове КТ, которые служат для флуоресцентной детекции носителя. Кроме того, предлагаемый носитель содержит молекулы органического флуоресцентного красителя (ОФК), которые закреплены на поверхности его оболочки с помощью рН чувствительного линкера, который претерпевает конформационные изменения при изменении рН с нормального на кислотный. При нормальных значениях рН конформация линкера более вытянутая и ОФК, находится на большем расстоянии от оболочки микрокапсулы, а при понижении рН его конформация изменяется, и он сжимается, вызывая сближение ОФК с оболочкой. При этом КТ и ОФК подобраны таким образом, чтобы спектры поглощения и флуоресценции КТ и ОФК были различны, а спектр флуоресценции КТ позволял эффективно возбуждать флуоресценцию ОФК. В этом случае КТ, находящиеся в оболочке микрокапсулы, могут эффективно возбуждать флуоресценцию ОФК, передавая ему энергию возбуждения по механизму Ферстеровского резонансного переноса энергии. Таким образом, после введения носителя в организм до момента пока носитель не достиг опухоли детектируется только флуоресцентный сигнал от КТ, находящихся в оболочке, так как линкер находится в удлиненном состоянии. Когда носитель достиг опухоли и стал проникать внутрь, где значение рН ниже, линкер начинает претерпевать конформационные изменения, что вызывает сближение ОФК с КТ и в результате детектируется не только сигнал от КТ, но флуоресценция от ОФК. При этом после разрушения оболочки носителя КТ и молекулы ОФК оказываются пространственно разобщены, и флуоресценция органического флуоресцентного красителя не детектируется. Это позволяет установить факт проникновения носителя вглубь опухолевой ткани только оптическими методами, и произвести его разрушение для высвобождения лекарственных средств и, если необходимо, их активации излучением, например, при использовании в качестве лекарственных средств фотосенсибилизаторов.The therapeutic efficacy of antitumor agents depends not only on their targeted delivery and accumulation of a given therapeutic dose, but also on the localization within the tumor tissue. For targeted drug delivery to tumor cells, special carriers are used on the surface of which biological recognition molecules, usually antibodies, are immobilized, which allow the carrier to accumulate targeted in tumor cells. At the same time, modern carriers are created so that their shell can break down and release drugs in response to external influences, which allows to achieve a local high concentration of drugs and increases the effectiveness of therapy. At the same time, labels for detection by optical methods, magnetic resonance imaging (MRI), computed tomography (CT) or positron emission tomography (PET) are used to detect carrier accumulation near the tumor cells and inside the tumor. Moreover, all methods, except the optical one, allow detecting carrier accumulation inside the tumor, while optical detection is not able to distinguish the signal from the marks located on the surface and in the depth of the tumor. However, equipment for CT, MRI or PET is quite expensive, special personnel are required to work with it, and it is not always available in research laboratories engaged in research on the development of new drugs and the treatment of cancer. In addition, given that optical radiation is used to conduct photodynamic therapy (PDT) and visualize the movement and accumulation of the carrier, it is extremely important to have a carrier whose position inside the tumor could also be detected only by optical methods. It is known that due to the rapid growth of tumor cells and a lack of oxygen inside the tumor tissue, the adolescents are exposed to anaerobic conditions, which leads to a partial restructuring of the metabolism and a decrease in the pH value in the tumor tissue. So healthy tissues have an almost neutral pH of 7.4, while the pH of tumor tissues is weakly acidic and is about 6.5. The carrier we offer is a multilayer microcapsule of polyelectrolytes, on the surface of which biological recognition molecules are immobilized, and between the layers of polyelectrolytes there are one or more layers of plasmon nanoparticles, which serve for controlled destruction of the shell, one or more layers of magnetic nanoparticles, which serve for active movement of the carrier , as well as one or more CT words, which serve for fluorescence detection of a carrier. In addition, the proposed carrier contains molecules of an organic fluorescent dye (OFC), which are attached to the surface of its shell using a pH sensitive linker, which undergoes conformational changes when the pH changes from normal to acidic. At normal pH values, the conformation of the linker is more elongated and OFC, located at a greater distance from the shell of the microcapsule, and with a decrease in pH, its conformation changes, and it contracts, causing the RPA to come closer to the shell. In this case, the QDs and OPCs are selected so that the absorption and fluorescence spectra of QDs and OPCs are different, and the fluorescence spectrum of QDs allows efficient excitation of the OPC fluorescence. In this case, QDs located in the shell of a microcapsule can efficiently excite OPC fluorescence by transferring excitation energy to it by the mechanism of the Ferster resonant energy transfer. Thus, after the carrier is introduced into the body until the carrier reaches the tumor, only the fluorescent signal from the CTs located in the shell is detected, since the linker is in an elongated state. When the carrier reaches the tumor and begins to penetrate inside, where the pH value is lower, the linker begins to undergo conformational changes, which causes the approach of the OFK to the CT and, as a result, not only the signal from the CT is detected, but the fluorescence from the OFK. In this case, after the destruction of the support shell, the QDs and OPC molecules are spatially separated, and the fluorescence of the organic fluorescent dye is not detected. This allows us to establish the fact that the carrier penetrates deep into the tumor tissue only by optical methods, and to destroy it to release drugs and, if necessary, activate them by radiation, for example, when photosensitizers are used as drugs.

Возможен первый частный случай, в котором в качестве магнитных наночастиц используют ферромагнитные или суперпарамагнитные наночастицы размерами от 1 до 100 нанометров, или ансамбли таких наночастиц.A first particular case is possible in which ferromagnetic or superparamagnetic nanoparticles with sizes from 1 to 100 nanometers or ensembles of such nanoparticles are used as magnetic nanoparticles.

Возможен второй частный случай, в котором в качестве инфракрасных квантовых точек используют полупроводниковые нанокристаллы состава CuInS₂/ZnS, Ag₂S, флуоресцирующие в инфракрасной области оптического спектра.A second special case is possible, in which CuInS ₂ / ZnS, Ag ₂ S semiconductor nanocrystals fluorescent in the infrared region of the optical spectrum are used as infrared quantum dots.

Возможен третий частный случай, в котором в качестве плазмонных наночастиц применяют наночастицы золота, серебра, платины и других благородных металлов.A third particular case is possible in which gold, silver, platinum and other noble metals are used as plasmon nanoparticles.

Возможен четвертый частный случай, в котором в качестве плазмонных наночастиц применяют плазмонные наночастицы в форме сфер, колец, торов, стержней, треугольников, или их комбинации.A fourth special case is possible in which plasmon nanoparticles in the form of spheres, rings, tori, rods, triangles, or a combination thereof are used as plasmon nanoparticles.

Возможен пятый частный случай, в котором слои магнитных наночастиц, инфракрасных квантовых точек и плазмонных наночастиц разделены между собой слоями полиэлектролитов разных зарядов.A fifth particular case is possible in which layers of magnetic nanoparticles, infrared quantum dots, and plasmon nanoparticles are separated by layers of polyelectrolytes of different charges.

Возможен шестой частный случай, в котором в качестве отрицательно заряженных полиэлектролитов используют поликислоты и/или соли этих поликислот.A sixth particular case is possible in which polyacids and / or salts of these polyacids are used as negatively charged polyelectrolytes.

Возможен седьмой частный случай, в котором в качестве положительно заряженных полиэлектролитов используют полиоснования и/или соли этих полиоснований.A seventh particular case is possible in which polybases and / or salts of these polybases are used as positively charged polyelectrolytes.

Возможен восьмой частный случай, в котором в качестве полиэлектролитов используются биодеградируемые полиэлектролиты.An eighth particular case is possible in which biodegradable polyelectrolytes are used as polyelectrolytes.

Возможен девятый частный случай, в котором в качестве однодоменных антител применены однодоменные антитела способные специфически связывать маркеры онкологических заболеваний, например, HER2, СЕА, EGFR, ЕрСАМ.A ninth particular case is possible, in which single domain antibodies are used as single domain antibodies that can specifically bind cancer markers, for example, HER2, CEA, EGFR, EpCAM.

На фиг. 1 представлен конкретный пример носителя для диагностики, направленной доставки и контролируемого высвобождения лекарственных средств. Цифрами обозначены следующие элементы: оболочка микрокапсулы - 1; линкер - 2; органический флуоресцентный краситель - 3; биологические распознающие молекулы, иммобилизованные на внешнем слое оболочки - 4; лекарственные средства - 5; слои полиэлектролитов - 6; магнитные наночастицы - 7; плазмонные наночастицы - 8; инфракрасные квантовые точки - 9; внешний слой полиэлектролита - 10.In FIG. 1 presents a specific example of a carrier for diagnostics, targeted delivery and controlled release of drugs. The numbers denote the following elements: microcapsule shell - 1; linker - 2; organic fluorescent dye - 3; biological recognition molecules immobilized on the outer layer of the shell - 4; medicines - 5; layers of polyelectrolytes - 6; magnetic nanoparticles - 7; plasmonic nanoparticles - 8; infrared quantum dots - 9; the outer layer of the polyelectrolyte is 10.

Конкретный пример, поясняющий принцип действия и использования предлагаемого носителя показан на примере его доставки внутрь опухоли на мышиной модели опухоли молочной железы вглубь. В эксперименте использовались микросферы, оболочка которых состоит из противоположно заряженных полиэлектролитов - поли(стирен сульфонат) (ПСС) и поли(аллиламина гидрохлорид) (ПАГ), причем внутренний слой выполнен из положительно заряженного полиэлектролита - ПАГ. На поверхности оболочки иммобилизованы однодоменные антитела специфичные к HER2, в качестве ИК-КТ использовались флуоресцентные полупроводниковые нанокристаллы типа ядро/оболочка состава CuInS₂/ZnS, имеющие максимум флуоресценции на длине волны 660 нм, в качестве плазмонных наночастиц использовались наночастицы золота в форме сферы с диаметром 40 нм, в качестве магнитных наночастиц использовались наночастицы состава Fe₃O₄ со средним размером около 10 нм. Слои ИК-КТ, магнитных и плазмонных наночастиц разделены тремя чередующимися слоями полиэлектролитов разных зарядов. В качестве лекарственного средства использовался фотосенсибилизатор - фотодитазин. В качестве рН чувствительного линкера использовался кополимер 2-(диэтиламино) этилметакрилата и бутилметакрилата, а в качестве флуоресцентного красителя Alexa Fluor 660 (максимум возбуждения при 663 нм, максимум эмиссии на 690 нм). Носитель указанного состава в физиологическом растворе шприцом вводили в тело двух мышей в 2 см от места локализации опухоли. Через 10 минут после введения, локализация носителя около места введения была подтверждена, путем детекции флуоресцентного сигнала от КТ, при их облучении лазерным излучением с длиной волны 600 нм. В этих условиях флуоресцентный сигнал от органического флуоресцентного красителя не детектировался. После этого постоянный магнит (0,7 Тл) был помещен в район локализации опухоли у мыши №1, в то время как мышь №2 использовалась в качестве отрицательного контроля и не подвергалась воздействию магнитного поля. Через 30 минут воздействия магнитного поля локализация носителя была определена путем детекции флуоресценции КТ. У мыши №1 наблюдалась локализация носителя в области опухоли, в то время как у мыши №2 подавляющее количество носителя осталось в месте изначального введения. При этом у мыши №1 через 30 минут после воздействия магнитного поля флуоресценция органического флуоресцентного красителя не детектировалась, однако, еще через 30 минут при повторном анализе был выявлен не только сигнал от КТ, но и от органического флуоресцентного красителя, что соответствует проникновению носителя в область со сниженным значением рН, то есть внутрь опухоли. Индукция разрушения оболочки носителя и высвобождения фотосенсибилизатора проводилась путем облучения места локализации носителя лазерным облучением с длиной волны 1113 нм, в области полосы поглощения плазмонных наночастиц. Для определения эффективности разрушения микрокапсул и высвобождения лекарственных средств проводилась повторная детекция сигнал от органического флуоресцентного красителя через один час. В результате флуоресценция органического красителя не детектировалась, что свидетельствует о разрушении носителя и пространственном разделении КТ и молекул органического флуоресцентного красителя на расстояния, при которых эффективная передача энергии от КТ на органический флуоресцентный краситель невозможна.A specific example illustrating the principle of action and use of the proposed carrier is shown by the example of its delivery inside the tumor in a murine model of a breast tumor inland. In the experiment, microspheres were used, the shell of which consists of oppositely charged polyelectrolytes - poly (styrene sulfonate) (PSS) and poly (allylamine hydrochloride) (PAG), with the inner layer made of a positively charged polyelectrolyte - PAG. Single domain antibodies specific for HER2 were immobilized on the surface of the shell; fluorescence semiconductor nanocrystals of the CuInS ₂ / ZnS composition with a fluorescence maximum at a wavelength of 660 nm were used as IR QDs; gold nanoparticles in the form of a sphere with a diameter of 40 nm, Fe ₃ O ₄ nanoparticles with an average size of about 10 nm were used as magnetic nanoparticles. The layers of IR-CT, magnetic and plasmon nanoparticles are separated by three alternating layers of polyelectrolytes of different charges. As a medicine, a photosensitizer, photoditazine, was used. A copolymer of 2- (diethylamino) ethyl methacrylate and butyl methacrylate was used as the pH of the sensitive linker, and Alexa Fluor 660 was used as a fluorescent dye (maximum excitation at 663 nm, maximum emission at 690 nm). A carrier of the indicated composition in physiological saline was injected into the body of two mice by a syringe 2 cm from the tumor localization site. 10 minutes after the introduction, the localization of the carrier near the injection site was confirmed by detecting the fluorescent signal from the CT, when they were irradiated with laser radiation with a wavelength of 600 nm. Under these conditions, the fluorescent signal from the organic fluorescent dye was not detected. After that, a permanent magnet (0.7 T) was placed in the tumor localization area in mouse No. 1, while mouse No. 2 was used as a negative control and was not exposed to a magnetic field. After 30 minutes of exposure to a magnetic field, the localization of the carrier was determined by detecting fluorescence of CT. In mouse No. 1, carrier localization was observed in the tumor area, while in mouse No. 2 the vast majority of the carrier remained at the site of initial administration. Moreover, in mouse No. 1, 30 minutes after exposure to a magnetic field, fluorescence of an organic fluorescent dye was not detected, however, after another 30 minutes, a second analysis revealed not only a signal from CT, but also from an organic fluorescent dye, which corresponds to the penetration of the carrier into the region with a reduced pH value, that is, inside the tumor. Induction of the destruction of the carrier shell and the release of the photosensitizer was carried out by irradiating the localization of the carrier with laser irradiation with a wavelength of 1113 nm in the region of the absorption band of plasmon nanoparticles. To determine the efficiency of microcapsule disruption and drug release, a signal was again detected from an organic fluorescent dye after one hour. As a result, fluorescence of the organic dye was not detected, which indicates the destruction of the carrier and the spatial separation of QDs and organic fluorescent dye molecules at distances at which efficient energy transfer from the QD to the organic fluorescent dye is impossible.

Предложенный носитель для диагностики, направленной доставки и контролируемого высвобождения лекарственных средств, позволяет не только повысить эффективность терапии онкологических заболеваний с помощью существующих лекарственных средств, но и значительно упростить и удешевить процедуру его использования, за счет возможности детектировать проникновения носителя вглубь опухоли с помощью только оптических методов.The proposed carrier for diagnostics, targeted delivery and controlled release of drugs allows not only to increase the effectiveness of cancer therapy using existing drugs, but also to significantly simplify and reduce the cost of its use, due to the ability to detect carrier penetration deep into the tumor using only optical methods .

Источники информацииSources of information

1.

Claus-Christian, Penate Medina Tuula, Medina Oula Penate. Magnetoenzymatic carrier system for imaging and targeted delivery and release of active agents. Международный патент WO 2015169843 A1.1.

Claus-Christian, Penate Medina Tuula, Medina Oula Penate. Magnetoenzymatic carrier system for imaging and targeted delivery and release of active agents. International patent WO 2015169843 A1.

2. Нифонтова Г.О., Суханова A.B., Набиев И.Р. Носитель для диагностики, направленной доставки и контролируемого высвобождения лекарственных средств. Патент Российской Федерации RU 2693485.2. Nifontova G.O., Sukhanova A.B., Nabiev I.R. Carrier for diagnostics, targeted delivery and controlled release of drugs. Patent of the Russian Federation RU 2693485.

Claims

1. A carrier for targeted delivery and controlled release of drugs, which is a microcapsule, the shell of which consists of layers of polyelectrolytes, single-domain antibodies specific to cancer markers are immobilized on the surface of the outer layer of the polyelectrolyte, and a layer including magnetic nanoparticles is applied between the layers of polyelectrolytes, including infrared quantum dots, as well as a layer including plasmon nanoparticles, where layers of infrared quantum dots, agnitic and plasmonic nanoparticles are separated by three alternating layers of polyelectrolytes of different charges, while the shell itself is capable of destruction in response to radiation, and there is a drug inside the microcapsule, characterized in that there are organic fluorescent dye molecules on the surface of the microcapsule connected to the surface of the microcapsule with using a linker, which ensures the convergence of the organic fluorescent dye and quantum dots when the pH changes from neutral to weakly acidic, while the organic fluorescent dye and quantum dots are selected so that the fluorescence spectrum of quantum dots allows you to excite fluorescence of the organic fluorescent dye.

2. The carrier according to claim 1, characterized in that as magnetic nanoparticles use ferromagnetic or superparamagnetic nanoparticles with sizes from 1 to 100 nanometers, or ensembles of such nanoparticles.

3. The carrier according to claim 1, characterized in that the quantum dots use semiconductor nanocrystals of the composition CuInS2 / ZnS, Ag2S, fluorescent in the infrared region of the optical spectrum.

4. The carrier according to claim 1, characterized in that the plasmonic nanoparticles use nanoparticles of gold, silver, platinum and other noble metals.

5. The carrier according to claims 1, 4, characterized in that plasmonic nanoparticles in the form of spheres, rings, tori, rods, triangles, or a combination thereof are used as plasmonic nanoparticles.

6. The carrier according to claim 1, characterized in that the layers of magnetic nanoparticles, infrared quantum dots and plasmon nanoparticles are separated by layers of polyelectrolytes of different charges.

7. The carrier according to claim 1, characterized in that as the negatively charged polyelectrolytes use polyacids and / or salts of these polyacids.

8. The carrier according to claims 1, 7, characterized in that as the positively charged polyelectrolytes, polybases and / or salts of these polybases are used.

9. The carrier according to claims 1, 7, characterized in that biodegradable polyelectrolytes are used as polyelectrolytes.

10. The carrier according to claim 1, characterized in that as a single-domain antibodies, single-domain antibodies are used that bind HER2, CEA, EGFR, EpCAM proteins.