Микромашины в лечении болезней желудка

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 ещё 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.