Включение гематина в состав оболочек полиэлектролитных капсул

Получение микрокапсул методом послойной адсорбции полиэлектролитов (“layer-by-layer”) [1] широко применяется в научных разработках по всему миру благодаря универсальности метода: возможности варьирования размера и формы капсул, полимерного материала их стенок, управления проницаемостью оболочек, а также возможности модификации различными функциональными элементами – наночастицами, флуоресцентными метками и т.д. [2]. Включение молекул красителей в состав оболочек капсул использовали для визуализации системы, а также для вскрытия капсул под действием лазерного излучения [3, 4].

Среди флуоресцентных красителей особый интерес для модификации оболочек полиэлектролитных капсул представляют порфирины и фталоцианины. Эти соединения можно использовать для дистанционного вскрытия капсул под действием лазерного излучения за счет образования активных радикалов [5]. Капсулы могут быть потенциальными носителями агентов для фотодинамической терапии рака. Кроме того, железосодержащие порфирины можно рассматривать в качестве моделей гема – простетической группы ряда натуральных белков, в частности широко распространенного белка каталазы. Иммобилизация таких красителей на полиэлектролитные капсулы позволит создать искусственную каталитическую систему, которая, как ожидается, по действию будет аналогична протогему каталазы. В настоящей работе оболочки полиэлектролитных капсул модифицировали гематином – производным гема.

В качестве ядер капсул использовали пористые сферические микрочастицы карбоната кальция, полученные сливанием водных растворов Na₂CO₃ и CaCl₂ при перемешивании. Полиэлектролитные микрокапсулы формировали методом последовательной адсорбции противоположно заряженных полиионов полистиролсульфоната (PSS) и полиаллиламина (PAH) из 0.5 М водных растворов NaCl на поверхность ядра CaCO₃. Таким способом были сформированы оболочки капсул состава (PAH/PSS)₂/PAH, после чего на их поверхность адсорбировали гематин из водного раствора при рН 11. Кроме того, гематин адсорбировали на поверхность ядер карбоната кальция и ядер, покрытых одним слоем РАН.

Значения дзета-потенциала сформированных оболочек (табл. 1) показывают, что краситель адсорбируется на ядра СаСО₃, формируя отрицательно заряженный слой, а в составе полиэлектролитной оболочки перезаряжает положительно заряженный верхний слой PAH посредством адсорбции.

При составе оболочки (PAH/PSS)₂/PAH/гематин/(PAH/PSS) после растворения ядер СаСО₃ с помощью этилендиаминтетраацетата натрия образовались полые полиэлектролитные микрокапсулы сферической формы. Средний диаметр капсул составил 4 мкм (рис. 1). Успешное включение гематина в полиэлектролитную оболочку подтверждается флуоресценцией оболочек при их исследовании методом конфокальной микроскопии во флуоресцентном режиме (рис. 2) и наличием характерных полос в спектрах поглощения капсул с гематином. На основании флуоресцентных изображений капсул можно сделать вывод о равномерном распределении красителя в полимерной матрице оболочки.

Таким образом, результаты проведенного исследования подтверждают, что использованная методика привела к включению гематина в состав оболочек полиэлектролитных капсул.

Таблица 1

1. 
   Sukhorukov G.B., Donath E., Davis S. et al. // Polym. Adv. Technol. 1998. V. 9. P. 759-767.
   
2. 
   Tong W., Song X., Gao Ch. // Chem. Soc. Rev. 2012. V. 41. P. 6103–6124.
   
3. 
   Skirtach A.G., Antipov A.A., Shchukin D.G., Sukhorukov G.B. // Langmuir. 2004. V. 20. P. 6988-6992.
   
4. 
   Марченко И.В., Плотников Г.С., Баранов А.Н. и др. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2010. № 2. С. 14-18.
   
5. 
   Bedard M.F., Sadasivan S., Sukhorukov G.B., Skirtach A.G. // J. Mater. Chem. 2009. V. 19. P. 2226–2233.