Микродвигатели безопасно доставили лекарство в кишечник мыши

Американские ученые разработали самодвижущиеся капсулы (микродвигатели) для доставки лекарств в кишечник. При прохождении по желудку они не реагируют с кислотной средой и защищают лекарственное вещество, а после попадания в кишечник с нейтральным pH начинают двигаться благодаря выделению газа при взаимодействии с водой, закрепляются на кишечной стенке и высвобождают лекарство. Разработка прошла успешные испытания как в лабораторных условиях, так и на мышах, рассказывают авторы статьи в Nano Letters.

Кислая среда в желудке необходима для нормального функционирования пищеварения. Однако при приеме лекарств она является недостатком, потому соляная кислота в желудке может негативно воздействовать на многие лекарственные вещества. Некоторые исследователи используют кислотную среду в желудке в качестве движущей силы для микродвигателей — сферических капсул, состоящих из магния или другого металла, который активно взаимодействует с водой с выделением водорода. Это решает сразу две проблемы: позволяет капсуле активно передвигаться по желудку и, при необходимости, прикрепляться к его стенке, а также позволяет нейтрализовать среду.

Ученые под руководством Лянфана Чжана (Liangfang Zhang) из Калифорнийского университета в Сан-Диего решили использовать концепцию микродвигателей для доставки лекарства в кишечник. Каждый микродвигатель формируется в несколько этапов. Сначала создается сферическая магниевая частица с диаметром 20 микрометров. Именно она отвечает за движение капсулы благодаря выделению водорода при реакции с водой. Затем магниевые частицы кладут на стеклянную подложку и наносят на них с помощью атомно-слоевого осаждения слой диоксида титана, защищающего магний от взаимодействия с водой. Тем не менее, магниевая основа все же сможет реагировать с водой, но лишь на том небольшом участке, которым она соприкасалась со стеклянной подложкой.

Таким образом создается основа, отвечающая за движение частицы, на которую наносятся функциональные вещества. Сначала на диоксид титана наносят действующее вещество. В эксперименте авторов это были эритроциты с нанесенным на их клеточную мембрану токсином золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus), который заставляет организм вырабатывать антитела иммуноглобулина А. Затем на слой действующего вещества наносят хитозан, позволяющий микродвигателю прикрепляться к стенке кишечника, и на этот слой наносят pH-чувствительный полимер, защищающий микродвигатель при низком pH в желудке и растворяющийся при попадании в кишечник.

Ученые испытали микродвигатели в лабораторных условиях, показав их способность двигаться благодаря взаимодействию с водой, а также изучив их взаимодействие с клетками слизистой оболочки кишечника. Кроме того, микродвигатели испытали на мышах, которым ввели микродвигатели с токсином и флуоресцентным маркером, а также пассивные капсулы с такими же веществами. После эксперимента ученые провели исследование содержимого желудочно-кишечного тракта и выяснили, что в случае со статичными капсулами маркер, а следовательно и токсин, в основном остался в желудке, тогда как в случае с микромоторами большая часть маркера была обнаружена именно в кишечнике.

Ранее эта группа ученых использовала микродвигатели аналогичной конструкции для доставки чувствительного к кислой среде антибиотика в желудок. Благодаря нейтрализации среды антибиотик не подвергся ее влиянию, а также не пришлось использовать ингибиторы протонного насоса, обладающие побочными эффектами при длительном применении. А позднее они научились упаковывать микродвигатели в таблетки, упрощающие их доставку до желудка.

Григорий Копиев