莫斯科物理和技术研究所 实验插图
老鼠的尾巴被放入线圈中
尾静脉中的粒子由磁线圈实时检测 纳米粒子在医学中被积极地用作造影剂以及用于各种疾病的诊断和治疗
然而，新型多功能纳米制剂的开发受到监测其血液循环困难的阻碍
莫斯科物理和技术研究所、俄罗斯科学院舍米亚金-奥夫钦尼科夫生物有机化学研究所、莫斯科工程物理研究所、俄罗斯科学院普罗霍罗夫普通物理研究所和天狼星大学的研究人员开发了一种新的非侵入式血流纳米粒子测量方法，该方法具有很高的时间分辨率
这项技术揭示了影响血流中粒子寿命的基本参数，这可能有助于发现用于生物医学的新的、更有效的纳米制剂
这项研究的结果已经发表在《控制释放杂志》上
纳米粒子的临床应用需要对其在体内的行为进行准确的分析，特别是纳米粒子在血液中停留的时间
这个参数决定了是否有足够的时间让NP扩散到全身，到达它们的治疗目标(例如
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，肿瘤)，并与之结合
或者，过长的循环时间可能导致颗粒在健康组织中积累，从而增加它们的副作用
通常通过抽取血液样本和测量纳米制剂的含量来研究血液中的纳米颗粒循环
MIPT纳米生物技术实验室的负责人、该研究的合著者马克西姆·尼基丁评论说:“这种技术的问题在于，颗粒通常在几分钟内就从血液中清除，所以研究人员只能采集两到三份血样，这对于分析来说是不够的。”
除此之外，反复抽血会给机体带来压力，并可能间接影响颗粒循环
因此，监测体内粒子活性的新的非侵入性方法对于纳米医学的发展至关重要
研究人员使用他们开发的磁性粒子量化(MPQ)方法对血液粒子动力学进行无创测量
将小鼠或兔子的尾巴放入MPQ阅读器的检测线圈中，然后给动物注射纳米粒子，并实时监测其尾静脉和动脉中的纳米粒子浓度
这项技术也可以用于人类
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，通过放入检测线圈的手或指尖
新方法提供了一种非侵入性的方法来获得关于粒子动力学的独特信息，这种方法也比传统方法简单
这使得进一步探索什么可能影响动物血液中的粒子行为成为可能
研究人员调查了三组因素，包括粒子的物理化学性质、它们的使用特性和动物的身体状态
以较高剂量注射的较小尺寸的带负电荷的纳米粒子在血液中停留的时间更长
还发现，如果将颗粒反复注射到血液中，后续颗粒剂量的循环会显著延长
“在临床实践中，也有类似的情况，首先给患者注射纳米粒子磁共振造影剂(磁性粒子)，然后注射治疗性纳米粒子，如载有药物的脂质体
该研究的作者、俄罗斯科学院生物有机化学研究所和MIPT的研究员伊万·泽勒普金说:“我们已经表明，粒子可以相互影响，这可能会影响治疗。”
其中一个关键的方面似乎是注入了氮磷的生物体的状态
例如，不同遗传品系的小鼠之间的颗粒循环可能有显著差异
值得注意的是，这种差异只在50纳米的小颗粒上明显，而在更大的纳米制剂上则不明显
此外，如果动物有大肿瘤，小NP从血液中消除得更快；肿瘤越大，血液清除所需的时间越短
研究人员认为，这可能与免疫系统的动态变化及其对病理反应中识别外来物质的能力增强有关
这些发现让我们注意到在设计最佳纳米药物时，考虑生物体条件对纳米粒子有效性的影响的重要性——这是一个传统上被忽略的方面
“这是首次以极高的清除率对核动力进行如此全面的研究
如果没有英国皇家科学院普通物理研究所正在开发的方法，这是不可能的
MPQ技术结合了高灵敏度、高时间分辨率和定量精度
除此之外，它是非侵入性的，它几乎可以实时检测出核物质的含量，”该项研究的合著者、皇家科学院普通物理研究所生物光子实验室的负责人彼得·尼基丁说
“我们的方法使我们能够发现新的循环模式，并获得大量有价值的信息
例如，我们发现动物根据它们的免疫状态、肿瘤的存在等具有不同的粒子动力学
同时，先进的方法需要更少的动物进行研究
这不仅在时间和资金方面是必要的，而且在动物治疗的伦理方面也是必要的，符合3R原则(替换、减少和提炼)
我们认为，对潜在机制的深入理解可能会极大地促进纳米材料的合理设计，为下一代诊断和治疗提供先进的表面功能和卓越的药代动力学
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