Система доставки лекарств, созданная на основе паразитов, может стать будущим медицины

Профессор Дэвид Грасиас — руководитель аспирантуры факультета химической и биомолекулярной инженерии Университета Джонса Хопкинса. Он поговорил с редактором BBC Science Focus Джейсоном Гудьером о своей последней работе над микропроцессорами с биоинспирацией, которые могут выделять лекарства непосредственно в желудочно-кишечные системы пациентов. Крошечные звездообразные «терагрипперы» цепляются за кишечник, чтобы медленно высвобождать свои лекарственные препараты.

— Вы основали технологию на паразитических нематодах. Откуда взялась эта идея?

— Мы пытаемся доставлять лекарства через желудочно-кишечный тракт, и это серьезная проблема, потому что желудочно-кишечный тракт имеет слизистую оболочку: слой слизи. Это что-то вроде конвейерной ленты, она постоянно движется.

Мы привыкли использовать пластырь для контролируемого высвобождения на внешней стороне тела, но если вы поместите аналогичный пластырь внутри, он не сохранится. Итак, мы подумали, а как природа решает эту проблему? И мы знали, что есть черви и другие организмы, которые колонизируют и живут в желудочно-кишечном тракте в течение длительного периода. Итак, мы начали их изучать. Они впиваются в слизистую, поэтому у нас появилась новая идея сделать это.

— Насколько велики терагрипперы и из чего они сделаны?

— Их размер составляет около четверти миллиметра, поэтому они почти не видны человеческому глазу. И они сделаны из металлов и полимеров.

— Как вы выбрали их размер?

— Мы часто оптимизируем его, и это зависит от конкретного приложения. Большие размеры потенциально могут хранить больше лекарств, но они становятся более инвазивными. Люди сделали приборы сантиметрового масштаба, огромные. Но есть риск засорения и других проблем, поэтому, на наш взгляд, меньший размер менее навязчив. Но затем нам нужно их больше, чтобы доставить определенное количество лекарств.

— Как вы собираетесь производить что-то настолько маленькое?

— Мы используем те же процессы, что и в производстве микрочипов, поэтому они производятся на кремниевых подложках. Они изготавливаются с использованием процесса, называемого фотолитографией, который является стандартной рабочей лошадкой в ​​микропроизводстве. Таким образом, мы можем изготавливать тысячи пластинок одновременно на пластине, что делает производство рентабельным.

— После того, как пациент их принял, как терагрипперы высвобождают лекарство?

— Их можно принимать внутрь или через клизму. Принцип их работы похож на нагруженную пружину. Или вы можете думать об этом как о мышеловке. Итак, вместо спиральной пружины есть тонкие пленки, которые испытывают напряжение и хотят высвободиться. Но идея та же.

Мы сдерживаем их, используя то, что мы называем полимерным триггером, и работаем с различными полимерными триггерами, чтобы иметь возможность настроить полимерный триггер в соответствии с окружающей средой вокруг захвата. Так, например, мы используем триггер, чувствительный к температуре. Мы охлаждаем их, а затем, поскольку они холодные, термостат удерживает их в горизонтальном положении. В наших тестах на животных, когда они попадают в организм, они термически уравновешиваются с телом, которое находится при более высокой температуре около 37°C или около того, и это их запускает. В принципе, вы можете вызвать их из-за множества различных условий в организме, например, pH или биомолекул.

— Как только они срабатывают, как они прикрепляются к слизистой оболочке?

— У терагрипперов есть когти, которые высвобождают значительную силу и прикрепляются. Препарат наносится на пластырь [удерживается внутри], и он распространяется.

Слева — открытый терагриппер, закрывающийся пружиной; тот, что справа, закрылся, чтобы захватить кишечник и высвободить полезную нагрузку © Университет Джона Хопкинса

— Почему так важно иметь системы с медленным выпуском?

— Есть много мотивирующих факторов для доставки лекарств с замедленным высвобождением. Один из них — комплаенс. Ежегодно регистрируются убытки в размере 600 миллиардов долларов из-за несовершенного соблюдения режима лечения. Это означает, что если у вас возникнет заболевание и вам нужно будет принимать лекарства, вы можете забыть их принять или пропустить, поэтому соблюдение режима лечения является трудным, и это один из мотивирующих факторов. Если у вас есть система, которая постоянно выпускает лекарство, вам не нужно принимать много доз.

Во-вторых, замедленное высвобождение может поддерживать постоянный уровень препарата, а не иметь много всплесков (например, каждый раз, когда вы принимаете таблетку, вы получаете скачок).

И последнее: мы живем в мире, где хотим удобства и не хотим об этом беспокоиться. Вы можете видеть, что в таких продуктах, как никотиновый пластырь, например, люди просто надевают его, а затем могут забыть об этом на весь оставшийся день.

— Для лечения каких типов заболеваний можно использовать терагрипперы?

— Мы рассматриваем множество приложений. В нашей настоящей демонстрации мы использовали их обезболивающее, но мы ищем и другие способы приложения.

— Каков текущий этап и куда бы вы хотели пойти дальше?

— Эта новая область динамических, интеллектуальных машин и робототехники вызывает много волнения. Я определенно рад быть частью этого видения будущего медицины, которое заключается в идее передовой терапии. Мы придумали термин «терапия активными веществами» [для описания этого нового стиля медицины], и я думаю, что он станет доминирующей парадигмой на следующие несколько десятилетий, поскольку мы сделаем медицину более эффективной, безопасной и действенной.

Мы пытаемся продвигать два пути. Одна из них — инженерная: мы рассматриваем возможность использования капсул и их помещения в другие части тела. Какие размеры мы можем использовать? Какие лекарства мы можем загрузить? Мы планируем провести много инженерных исследований. Что касается клинической точки зрения, мы хотели бы в конечном итоге продвинуть это на людях. Это большой скачок от лаборатории к животному, который мы сделали, но нужен еще один скачок от животного к человеку, в основном из соображений безопасности.

Мой сотрудник Флорин Селару — практикующий гастроэнтеролог, так что это отличное партнерство, потому что я в основном работаю с инженерной стороной, но он врач и на самом деле проводит много процедур с пациентами.

Джейсон Гудьер, выпускающий редактор журнала BBC Science Focus


Больше на Granite of science

Подпишитесь, чтобы получать последние записи по электронной почте.

Добавить комментарий

Больше на Granite of science

Оформите подписку, чтобы продолжить чтение и получить доступ к полному архиву.

Читать дальше