Нанотехнологии совершили очередной прорыв, на сей раз в Университете Калифорнии в Сан-Диего.
Впервые ученые продемонстрировали, как можно применять микроскопических роботов и микромоторы для лечения бактериальных инфекций желудка.
Об их уникальных опытах сообщает Nature Communications.
Микромоторы толщиной в ½ человеческого волоса обладают способностью быстро перемещаться по слизистой желудка, нейтрализуя избыточную кислоту. Добившись оптимальной рН, нанобиоэлектронные устройства выделяют антибиотик, эффективно подавляющий хеликобактерную инфекцию.
Авторами нанореволюции в лечении бактериальных инфекций стали профессор нанотехнологий Джозеф Ван (Джозеф Ван) и его коллега Лянфан Чжан (Liangfang Zhang) из Школы инжиниринга имени Джейкобса при Университете Калифорнии в Сан-Диего. Они разработали принципы перемещения микромотора внутри тела и технологию высвобождения лекарственного груза при оптимальной рН.
По мнению ученых, метод станет прорывом в лечении болезней желудка и желудочно-кишечного тракта кислоточувствительными лекарствами. При использовании традиционных методов доставки большинство этих чувствительных к кислоте молекул инактивировались, как только вступали в контакт с кислой средой желудка (антибиотики, ферменты, белковые препараты).
Для защиты лекарственного вещества производители создавали специальные кислотоустойчивые покрытия. Чтобы предотвратить инактивацию препаратов до контакта с молекулами-мишенями пациенты были вынуждены пользоваться ингибиторами протонной помпы (омепразол, рабепразол) и другими кислотопонижающими препаратами.
Однако ни один из этих приемов не был 100% надежным, а общая терапевтическая эффективность кислоточувствительных лекарственных препаратов оставалась достаточно низкой. Ингибиторы протонной помпы, в свою очередь, добавляли ряд неприятных побочных эффектов (особенно при длительном использовании) и делали терапию значительно дороже.
Нанобиоэлектроника изменит лекарственную терапию
Новая технология представляет собой комбинацию микромоторов с механизмом доставки лекарственных молекул и системой для контролируемого снижения кислотности среды.
Микромоторы попадают в желудок, доводят рН до оптимального уровня и автоматически выделяют лекарство.
«Просто и гениально. Антибиотики могут успешно подавлять инфекцию, не подвергаясь денатурации агрессивной соляной кислотой. Теперь отпала необходимость в двухэтапном лечении — нейтрализации кислоты и последующем введении препарата. Технология, сочетающая контроль рН и терапевтическое действие – это проще и надежнее», — поясняет доктор Берта Эстебан-Фернандес де Авилья (Berta Esteban-Fernandez de Avila), научный сотрудник UC San Diego.
Авторы признались, что каждый из этих крошечных роботов или микромоторов несет сферическое магниевое ядро, обернутое в защитный слой из диоксида титана. Над этим покрытием находится слой антибиотика кларитромицина, выделяемого при строго определенной рН среды.
Наконец, «глазурью» этих наночастиц является слой положительно заряженного органического полимера, хитозана. Хитозан поможет этим микромоторам держаться стенки желудка. Как только они прилипают к слизистой, магниевые ядра реагируют с желудочной кислотой – реакция нейтрализации сопровождается выделением микропузырьков газа водорода.
Эти микропузырьки приводят в дальнейшее движение микромоторы. После достижения желаемого рН наночастицы высвобождают лекарственное средство. Нормальная кислотность восстанавливается через 24 часа после прекращения лечения. Микромоторы состоят из биодеградируемых материалов, не представляют совершенно никакой угрозы для организма пациента.
В ходе первых доклинических экспериментов калифорнийские ученые успешно использовали эти микромоторы для лечения инфекции Helicobacter pylori у лабораторных мышей. Наночастицы успешно доставляли терапевтическую дозу кларитромицина раз в сутки на протяжении 5 дней.
После лечения ученые подсчитывали количество бактерий в желудках мышей: результат лечения наночастицами оказался значительно лучше, чем традиционным пероральным кларитромицином наряду с ингибитором протонной помпы. Теперь исследователи планируют клинические испытания на пациентах.
Если испытания пройдут успешно, наночастицы имеют все шансы заменить таблетки.
