Лента TH Статьи о науке и технике


«Умные» лекарства сами узнают, когда вам нужна помощь

∴ 232

Высвобождение лекарств в организме только в нужный момент – вот давняя мечта фармацевтов. И эта мечта готова воплотиться в реальность!

Факторами, знаменующими момент вступления новых «умных» лекарств в действие, могут стать изменение температуры, кислотности среды или увеличение концентрации специфических веществ, например, глюкозы. Несомненно, повышение температуры является одним из самых распространенных знаков возникновения заболевания и необходимости введения лекарственных средств, именно поэтому поиск термочувствительных матриц для доставки лекарств является столь важной задачей. В результате ее решения на данный момент уже существует несколько классов термочувствительных соединений, таких как производные поли-N-изопропилакриламида, биодеградирующие полимеры, подобные полиэтиленгликолю, а также полисахариды и их производные. Однако все эти классы соединений имеют недостатки, ограничивающие их применение: первая группа соединений не биодеградирует и довольно токсична, вторая – требует очень большого повышения температуры, кроме того, все они обладают тем недостатком, что из-за свободной диффузии лекарства через пористую структуру гидрогеля большая его часть высвобождается в первый момент, то есть система оказывается в положении «вкл» сразу в момент введения.

При поиске новых материалов надо учитывать ряд необходимых общих требований к системе доставки лекарств:
1. биосовместимость и биоинертность,
2. инкапсуляция лекарства не должна сопровождаться потерей активности,
3. высвобождение лекарств должно быть неинвазивным и по возможности без применения других устройств и
4. лекарство не должно высвобождаться до момента «включения» системы.

В качестве новых материалов, призванных решить все проблемы, отвечая всем требованиям, предлагаются жирные спирты и жирные кислоты. Особенностью этих материалов (phase change materials, PCMs) является фазовый переход при биологических температурах, а именно 1-тетрадеканол плавится при температуре 38-39 ºС, а додекановая кислота – при 43-46 ºС. Ниже температуры плавления оба материала – белые твердые вещества, тогда как при плавлении образуют прозрачные жидкости. Для реализации высвобождения лекарств предлагается вводить в матрицу PCM наночастицы – носители лекарства. Тогда в здоровом организме с нормальной температурой система будет инертной, а при повышении температуры в результате заболевания матрица будет плавиться, наночастицы высвобождаться, и лекарство будет попадать в организм с кинетикой, контролируемой наночатсицами. Скорость высвобождения и начальная температуры могут быть варьированы выбором подходящих материалов матрицы и частиц.

При исследовании возможности применения предложенного метода для визуализации были использованы желатиновые шарики с флуоресцеинизотиацианатдекстраном (FITC). 1-тетрадеканоловые шарики, визуализированные FITC, с размером 238±13 мкм, показаны на Рис. 3, а, а на Рис. 3, b показано конфокальное изображение, на котором хорошо различимы желатиновые шарики с FITC. Далее шарики помещали в чашку Петри и добавляли воду при комнатной температуре, а затем понемногу добавляли теплую (60 ºС) воду и каждую секунду делали флуоресцентные фотографии. На Рис. 3, с видно люминесцирующее изображение 1-тетрадеканольных шариков, которые постепенно плавились, желатиновые шарики высвобождались, и FITC попадал в воду.

Для исследования влияния растворимости шариков в воде на процесс высвобождения лекарств кроме желатина, который хорошо растворим в воде, использовали также шарики из хитозана, растворимого только при подкислении, и PLGA, который в воде не растворим. Во всех случаях при температуре 37 ºС высвобождение не происходит, поскольку шарики полностью окружены твердым однако при 39 ºС профили высвобождения существенно различаются. В случае желатина высвобождение почти полностью происходит в первый момент, тогда как в случае хитозана и PLGA высвобождение происходило постепенно с разной скоростью, что позволяет контролировать кинетику высвобождения лекарств.

Кроме того, для демонстрации возможности двухступенчатого высвобождения лекарств в качестве матрицы было предложено использовать другую матрицу, додекановую кислоту, внедряя ее в 1-тетрадеканол. Из этой додекановой кислоты FITC высвобождается (рис. 1) при температуре 44 ºС, что обеспечивает 2 ступени высвобождения. Конечно, нагрев живого организма до 44 ºС маловероятен, однако локально такой перегрев можно создать.

Таким образом, предложенный подход позволяет контролируемо высвобождать лекарства при необходимой температуре.

На рисунках:

Рис. 1: Профиль высвобождения FITC из желатина, инкапсулированного к матрицу из 1-тетрадеканола и додекановой кислоты.

Рис. 2: а) Флуоресцентное и b) конфокальное изображение 1-тетрадеканольных шариков с FITC. с) высвобождение желатиновых шариков при постепенном нагревании.

Рис. 3:  Кинетика высвобожденя желатина при использовании разных материалов шариков.