Nanonośniki na bazie grafenu reagujące na pH – nowe możliwości w dostarczaniu leków przeciwnowotworowych
Nowotwory pozostają jedną z głównych przyczyn zgonów na świecie. Mimo postępów w diagnostyce i terapii, wciąż stanowią ogromne obciążenie zdrowotne w skali globalnej. Coraz większe zainteresowanie wzbudzają nowatorskie metody leczenia, takie jak inżynieryjnie modyfikowane nanomateriały (ENM), umożliwiające celowane dostarczanie leków do komórek nowotworowych. Choć wyniki badań in vitro są obiecujące, zachowanie nanomateriałów reagujących na pH w środowisku in vivo – w stałym kontakcie z płynami ustrojowymi – nadal jest słabo poznane.
Aby wypełnić tę lukę, zespół badaczy kierowany przez prof. Yutę Nishinę z Research Institute for Interdisciplinary Science Uniwersytetu Okayama w Japonii, we współpracy z dr Yajuan Zou z tej samej jednostki oraz prof. Alberto Bianco z CNRS, Uniwersytetu w Strasburgu (Francja), podjął się analizy, w jaki sposób nanomateriały reagujące na pH przekształcają swoje właściwości w dynamiczne interakcje z białkami i komórkami in vivo. Wyniki opublikowano online 1 czerwca 2025 r. w czasopiśmie Small.
Tlenek grafenu – potencjał i ograniczenia
Tlenek grafenu, węglowy nanomateriał pochodzący z grafitu, zyskał popularność w nanotechnologii dzięki swoim właściwościom strukturalnym oraz zdolności akumulacji w guzach poprzez efekt zwiększonej przepuszczalności i retencji (EPR). Jego kliniczne zastosowania są jednak ograniczone, ponieważ układ odpornościowy szybko usuwa go z krążenia, co zmniejsza efektywność wychwytu przez komórki nowotworowe.
Projekt nanonośnika o odwracalnym ładunku
Aby przezwyciężyć to ograniczenie, naukowcy zaprojektowali materiał grafenowy o tzw. „odwracalnym ładunku”, przyłączając do arkuszy tlenku grafenu polimer rozgałęziony bogaty w grupy aminowe – poliglicerol aminowany (hPGNH₂) – a następnie dodając bezwodnik adimaleinowy (DMMA), nadający powierzchni wrażliwość na pH.
– W pH fizjologicznym krwi powierzchnia nanonośnika jest naładowana ujemnie, co pozwala uniknąć wykrycia przez układ odpornościowy. W lekko kwaśnym mikrośrodowisku guza ładunek zmienia się na dodatni, co ułatwia wiązanie z komórkami nowotworowymi i ich penetrację – wyjaśnia prof. Nishina.
Testowane warianty i wyniki badań
Zespół zbadał trzy warianty tlenku grafenu modyfikowanego poliglicerolem i DMMA (GOPG-DMMA), różniące się gęstością grup aminowych w hPGNH₂: GOPGNH115, GOPGNH60 oraz GOPGNH30. Różnica w liczbie grup aminowych wpływała na uzyskiwany dodatni ładunek, a tym samym na zdolność wiązania materiału.
Najlepsze rezultaty osiągnięto w przypadku wariantu GOPGNH60-DMMA, który zachował równowagę pomiędzy bezpieczeństwem w krwiobiegu a optymalnym ładunkiem dodatnim w kwaśnym środowisku guza. Pozwoliło to skuteczniej docierać do komórek nowotworowych, unikając jednocześnie wiązania z komórkami zdrowymi i białkami krwi. W modelach mysich potwierdzono większą akumulację nanomateriału w obrębie guza i mniejsze działania niepożądane.
– Udało nam się udowodnić, że modyfikując chemię powierzchni, możemy kontrolować zachowanie nanomateriałów w organizmie. Ta precyzja otwiera drogę do tzw. theranostyki, łączącej diagnostykę i terapię nowotworów – mówi dr Zou.
Znaczenie dla przyszłości terapii celowanych
Badanie stanowi ważny krok w doskonaleniu nanonośników reagujących na pH i ich dostosowywaniu do precyzyjnego uwalniania leków. Może to także pomóc w kierowaniu terapii do kwaśnych przedziałów wewnątrzkomórkowych, takich jak lizosomy czy endosomy, co zwiększy skuteczność leczenia i zmniejszy uszkodzenia zdrowych tkanek.
Projekt jest elementem szerszej współpracy międzynarodowej – w 2025 r. Uniwersytet Okayama i CNRS uruchomiły program badawczy IRP C3M, którego celem jest opracowanie inteligentnych nanomateriałów dla medycyny.
– Dysponujemy obecnie konkretnymi wytycznymi, jak poprawiać wydajność nanoleków reagujących na pH. To kolejny krok w stronę medycyny spersonalizowanej – podsumowuje prof. Nishina.
Źródło: Small, Polyglycerol-Grafted Graphene Oxide with pH-Responsive Charge-Convertible Surface to Dynamically Control the Nanobiointeractions for Enhanced in Vivo Tumor Internalization
DOI: https://doi.org/10.1002/smll.202503029
