Американские ученые разработали самодвижущиеся капсулы (микродвигатели) для доставки лекарств в кишечник. При прохождении по желудку они не реагируют с кислотной средой и защищают лекарственное вещество, а после попадания в кишечник с нейтральным pH начинают двигаться благодаря выделению газа при взаимодействии с водой, закрепляются на кишечной стенке и высвобождают лекарство. Разработка прошла успешные испытания как в лабораторных условиях, так и на мышах, рассказывают авторы статьи в Nano Letters.

Кислая среда в желудке необходима для нормального функционирования пищеварения. Однако при приеме лекарств она является недостатком, потому соляная кислота в желудке может негативно воздействовать на многие лекарственные вещества. Некоторые исследователи используют кислотную среду в желудке в качестве движущей силы для микродвигателей — сферических капсул, состоящих из магния или другого металла, который активно взаимодействует с водой с выделением водорода. Это решает сразу две проблемы: позволяет капсуле активно передвигаться по желудку и, при необходимости, прикрепляться к его стенке, а также позволяет нейтрализовать среду.

Ученые под руководством Лянфана Чжана (Liangfang Zhang) из Калифорнийского университета в Сан-Диего решили использовать концепцию микродвигателей для доставки лекарства в кишечник. Каждый микродвигатель формируется в несколько этапов. Сначала создается сферическая магниевая частица с диаметром 20 микрометров. Именно она отвечает за движение капсулы благодаря выделению водорода при реакции с водой. Затем магниевые частицы кладут на стеклянную подложку и наносят на них с помощью атомно-слоевого осаждения слой диоксида титана, защищающего магний от взаимодействия с водой. Тем не менее, магниевая основа все же сможет реагировать с водой, но лишь на том небольшом участке, которым она соприкасалась со стеклянной подложкой.

Схема создания микродвигателя и его действия в организме мыши. Xiaoli Wei et al. / Nano Letters, 2019

Таким образом создается основа, отвечающая за движение частицы, на которую наносятся функциональные вещества. Сначала на диоксид титана наносят действующее вещество. В эксперименте авторов это были эритроциты с нанесенным на их клеточную мембрану токсином золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus), который заставляет организм вырабатывать антитела иммуноглобулина А. Затем на слой действующего вещества наносят хитозан, позволяющий микродвигателю прикрепляться к стенке кишечника, и на этот слой наносят pH-чувствительный полимер, защищающий микродвигатель при низком pH в желудке и растворяющийся при попадании в кишечник.

Ученые испытали микродвигатели в лабораторных условиях, показав их способность двигаться благодаря взаимодействию с водой, а также изучив их взаимодействие с клетками слизистой оболочки кишечника. Кроме того, микродвигатели испытали на мышах, которым ввели микродвигатели с токсином и флуоресцентным маркером, а также пассивные капсулы с такими же веществами. После эксперимента ученые провели исследование содержимого желудочно-кишечного тракта и выяснили, что в случае со статичными капсулами маркер, а следовательно и токсин, в основном остался в желудке, тогда как в случае с микромоторами большая часть маркера была обнаружена именно в кишечнике.

Ранее эта группа ученых использовала микродвигатели аналогичной конструкции для доставки чувствительного к кислой среде антибиотика в желудок. Благодаря нейтрализации среды антибиотик не подвергся ее влиянию, а также не пришлось использовать ингибиторы протонного насоса, обладающие побочными эффектами при длительном применении. А позднее они научились упаковывать микродвигатели в таблетки, упрощающие их доставку до желудка.

Автор: Григорий Копиев