Микромашины
Наноинженеры из Калифорнийского университета в Сан-Диего впервые продемонстрировали использование микромашин для лечения бактериальной инфекции в желудке. Эти крошечные транспортные средства, каждая около половины ширины человеческого волоса, быстро плавают по всему желудку, нейтрализуя желудочную кислоту, а затем высвобождают свой груз антибиотиков при нужном рН.
Наноинженеры в Калифорнийском университете Сан-Диего разработали первые микромашины для лечения бактериальной инфекции. Изображение: Лаборатория нанобиоэлектроники в UC San Diego
Исследователи заявили, что этот способ доставки с использованием микромашин является перспективным новым методом лечения заболеваний желудка и желудочно-кишечного тракта кислоточувствительными препаратами. Ключ к их успеху – сотрудничество между исследовательскими группами профессоров наноинженерии Джозефа Ванга и Лянфан Чжана в UC San Diego Jacobs School of Engineering. Ван и Чжан впервые провели исследование работы микромашин in vivo, и это исследование представляет собой первый пример микромашин в лечении бактериальной инфекции.
Желудочная кислота может разрушать перорально вводимые препараты, таких как антибиотики и фармацевтические препараты на основе белка. Препараты, используемые для лечения бактериальных инфекций, язв и других заболеваний в желудке, обычно берутся с дополнительными веществами, называемыми ингибиторами протонного насоса, для подавления производства желудочной кислоты. Но при длительном применении или высоких дозах ингибиторы протонного насоса могут вызывать побочные эффекты, включая головные боли, диарею и усталость. В более серьёзных случаях они могут вызывать беспокойство или депрессию.
Микромашины имеют встроенный механизм для нейтрализации кислоты в желудке и эффективной доставки своих полезных нагрузок – без использования ингибиторов протонного насоса.
«Это одноэтапное лечение микромашинами, сочетающее кислотную нейтрализацию с терапевтическим действием», – сказала Берта Эстебан-Фернандес де Авила, аспирантка в исследовательской группе Ванга в Калифорнийском университете в Сан-Диего и один из первых авторов этой статьи.
Микромашина состоит из сферического магниевого сердечника, покрытого защитным слоем диоксида титана, с последующим слоем антибиотического кларитромицина и наружного слоя положительно заряженного полимера, называемого хитозаном, который позволяет двигателям прилипать к стенке желудка.
Это связывание также усиливается движением микромашин, которое подпитывается собственной кислотой желудка. Ядра магния реагируют с желудочной кислотой, создавая поток микропузырьков водорода, которые двигают двигатели внутри желудка. Эта реакция также временно уменьшает количество кислоты в желудке, повышая уровень рН, достаточный для того, чтобы микромашины могли высвобождать лекарство и выполнить лечение. Нормальный рН желудка восстанавливается в течение 24 часов.
In Vivo
Исследователи тестировали микромашины у мышей с инфекциями Helicobacter pylori. Микромашины, заполненные клинической дозой антибиотика кларитромицина, вводились перорально один раз в день в течение пяти последовательных дней. Впоследствии исследователи оценивали количество бактерий в каждом мышечном желудке и обнаружили, что лечение микромашинами было несколько более эффективным, чем назначение той же дозы антибиотика в комбинации с ингибиторами протонного насоса.
Микромашины изготовлены из биоразлагаемых материалов. Ядра магния и полимерные слои растворяются желудочным соком без образования вредных остатков.
Исследователи говорят, что, хотя нынешние результаты многообещающие, эта работа всё е��ё находится на раннем этапе. Команда планирует исследования для лучшей оценки терапевтических характеристик микромашин in vivo и сравнение их с другими стандартными методами лечения болезней желудка. Исследователи также планируют тестировать различные комбинации препаратов с микромашинами для лечения многих заболеваний желудка и в разных отделах желудочно-кишечного тракта. В целом, исследователи говорят, что эта работа открывает двери для использования синтетических двигателей в качестве активных платформ доставки препаратов для лечения заболеваний in vivo.
