Американские ученые разработали микродвигатели, которые нейтрализуют кислоту в желудке и высвобождают лекарства при заданном значении кислотности. Результаты работы опубликованыв журнале Angewandte Chemie.

Кислая среда в желудке необходима для денатурации пищевых белков и нормальной работы расщепляющего их фермента пепсина. Она также убивает многие поступающие с пищей микроорганизмы. Помимо этого, кислота в желудке нейтрализует многие лекарственные препараты. Такие лекарства предохраняют от ее действия, помещая их в кишечнорастворимую оболочку. Однако для кислоточувствительных препаратов, действующих непосредственно в желудке (например, антибиотиков, которые применяют для лечения язвенной болезни), такой метод защиты не подходит. Поэтому их назначают в комбинации с ингибиторами протонного насоса (калий-протонной АТФ-азы), которые блокируют синтез кислоты обкладочными клетками желудка. Однако эти препараты, особенно при длительном использовании, имеют серьезные побочные эффекты, что ограничивает их применение.

Высвобождение пузырьков водорода микродвигателем. Jinxing Li et al., Angewandte Chemie, 2017

В поиске альтернативного метода доставки лекарств к желудочной стенке сотрудники Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали микродвигатели, использующие в качестве топлива кислоту и нейтрализующие ее в процессе работы. Основой такого микродвигателя является магниевая сфера диаметром около 20 микрометров. Эти сферы помещают на стеклянную подложку и покрывают 10-нанометровым слоем золота так, чтобы контактирующий со стеклом участок сферы остался без покрытия. На золотой слой наносят слой рН-чувствительного полимера, который содержит лекарство и высвобождает его при заданном значении кислотности (рН больше 5,5).

При попадании в желудок непокрытый золотом магний вступает в реакцию с протонами кислоты, в результате чего образуются пузырьки газообразного водорода. Благодаря реактивной силе этих пузырьков, микродвигатели активно перемещаются по желудку со средней скоростью 60 микрометров в секунду,нейтрализуя очередные протоны. В течение менее чем 20 минут они повышают рН до заданного уровня (ингибиторам протонного насоса для этого необходимо около часа),после чего полимер распадается, высвобождая лекарство.

В эксперименте на мышах пять миллиграммов микродвигателей за20 минут повысили среднее значение рН в желудке животных с 1,88 до 7,81, после чего высвободили флуоресцентный краситель. За счет движения микросфер доставка препарата в различные участки слизистой оболочки желудка была более эффективной и равномерной, чем при пассивной диффузии. Нейтрализующий кислоту эффект был дозозависимым (2,5 миллиграмма повышали рН до 4,24; 10 миллиграммов — до 9,43).

Работа микродвигателей с флуоресцентной краской в желудке мышей. Jinxing Li et al., Angewandte Chemie, 2017

Эксперимент также показал полную биосовместимость микродвигателей:никаких побочных эффектов их применения при гистологическом исследовании зарегистрировано не было. Кислотность желудочного сока возвращалась к нормальным показателям в течение суток.

На основании полученных результатов разработчики назвали свои микродвигатели привлекательной альтернативой ингибиторам протонного насоса(можно добавить — во всем, кроме стоимости).

Интерес к этой разработке могут повысить данные, полученные недавно американским научным коллективом. Ученые установили, что ингибиторы протонного насоса нарушают работу лизосом — клеточных органелл, которые очищают клетку от отслуживших и дефектных структурных элементов. Из-за этого происходит преждевременное старение эндотелия (внутренней оболочки) сосудов, которое, в свою очередь, повышает риск деменции, инфаркта миокарда и почечной недостаточности.

Автор: Олег Лищук