Инженеры-биомедики Университета Дьюка (Duke University) разработали новую систему, позволяющую повысить эффективность доставки пептидных препаратов– очень маленьких белков – для лечения таких заболеваний, как диабет и рак.

Ашутош Чилкоти (Ashutosh Chilkoti),
профессор биомедицинской инженерии Школы инженерии
Пратта DU. (Фото: Duke University)

Существует более 40 пептидных препаратов, применение которых в медицинской практике уже одобрено, и более 650, проходящих в настоящее время клинические испытания. Одним из примеров препаратов с пептидной структурой является гормон инсулин, регулирующий в организме метаболизм углеводов и используемый в качестве лекарственного средства для лечения сахарного диабета.

Несмотря на свою эффективность, пептидные препараты не могут полностью реализовать свой терапевтический потенциал по целому ряду причин. Они быстро разлагаются в крови и быстро выводятся из организма, что требует частых инъекций. В силу этого концентрация пептида в крови стремительно поднимается сразу после инъекции и так же резко падает вскоре после нее, вызывая нежелательные побочные эффекты.

Один из наиболее часто используемых методов решения этой проблемы предполагает загрузку пептидных препаратов в полимерные микросферы, которые вводятся под кожу и медленно разлагаются, высвобождая пептидное содержимое. Технология высвобождения из микросфер достаточно эффективна, но вызывает целый ряд вопросов, связанных с их производством. Да и для пациентов такой метод введения достаточно неудобен.

«Нам хотелось узнать, можно ли создать систему, которая делает все то, что и полимерные микросферы, но избавиться от них и сделать доставку более удобной для пациентов», – говорит Ашутош Чилкоти (Ashutosh Chilkoti), профессор биомедицинской инженерии Школы инженерии Пратта (Pratt School of Engineering) DU.

Новый подход предполагает создание «белка слияния», состоящего из нескольких копий пептидного лекарственного средства, слитых с чувствительным к температуре человеческого тела полимером. В шприце получающееся в результате такой гибридизации вещество являются жидкостью, но при введении под кожу быстро превращается в гель. Затем это депо препарата подвергается атаке со стороны присутствующих в коже ферментов, в результате чего копии пептидов «получают свободу», а вся система в целом обеспечивает постоянное и контролируемое высвобождение препарата.

Ученые назвали новую систему доставки POD (protease-operated depot) – управляемое протеазами депо.

Для создания POD в последних экспериментах, опубликованных он-лайн в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, исследователи связали глюкагон-подобный пептид-1 (glucagon-like peptide-1, GLP-1) – гормон, регулирующий высвобождение инсулина, – с генно-инженерным теплочувствительным полимером.

«Удивительно, но однократное введение GLP-1 POD поддерживало низкий уровень глюкозы в крови мышей в течение пяти дней, что в 120 раз дольше, чем инъекции чистого пептида», – комментирует результаты экспериментов профессор Чилкоти. «Для пациентов с сахарным диабетом 2 типа было бы гораздо более желательно получать инъекции такого препарата раз в неделю или раз в месяц, а не один-два раза в день. Кроме того, такой подход позволяет избежать пиков в концентрации препарата».

В отличие от загруженных пептидами микросфер POD просты в производстве, так как и терапевтические пептиды, и термочувствительный полимер состоят из аминокислот: генно-инженерные бактерии могут строить из них одну длинную аминокислотную последовательность

«Эта новая система доставки – первая полностью генетически кодируемая альтернатива инкапсуляции пептидных препаратов, обеспечивающая длительную и непрерывную доставку терапевтических пептидов», – заключает профессор Чилкоти.

Аннотация к статье

Injectable protease-operated depots of glucagon-like peptide-1 provide extended and tunable glucose control