Исследователи из Университета ИТМО создали систему доставки лекарственных препаратов на основе полых частиц карбоната кальция, напоминающих по форме бактерию Escherichia coli. Такой подход позволит разработать носители, способные восприниматься патогенами как собственные клетки, встраиваться в бактериальные биопленки и контролируемо высвобождать терапевтическое средство, когда это необходимо.

Работа ученых опубликована в журнале Chemical Communications.

Карбонат кальция ― простое и хорошо изученное вещество. Оно содержится в меле, известняке, мраморе и яичной скорлупе, а кроме того, биосовместим и содержится в организме. Ионы кальция участвуют в передаче нервных импульсов и сокращении мышц, а карбонат-ионы получаются при взаимодействии воды с растворенным углекислым газом.

Ученые из Университета ИТМО занимаются разработкой носителей для антибиотиков и других препаратов на основе карбоната кальция. Главной сложностью этой задачи было добиться, чтобы лекарство удерживалось на носителе, пока не достигнет цели, и легко «выгружалось» в месте назначения, а кроме того, необходимо было защитить вещество от иммунной системы организма.

«Во множестве работ было показано, что форма объекта определяет, как на него среагируют иммунные клетки. У нашего объекта, к примеру, очень большая поверхность. Чтобы иммунные клетки успешно атаковали объект, им нужно обхватить его. Большая площадь не позволяет им это сделать ― в результате иммунный ответ становится слабее, что позволяет избежать разрушения капсулы или побочных эффектов, ― объясняет один из исследователей, аспирант Университета ИТМО Никита Серов. ― У наших частиц достаточно немного растворить стенку, и содержимое выходит оттуда моментально, создавая большие локальные концентрации терапевтического вещества, в то время как обычно такие конструкции должны полностью раствориться, чтобы вышло все лекарство».

Микрокапсула имеет размер приблизительно пять микрометров в длину и форму, схожую с формой бактерий кишечной палочки. Это позволяет ей свободно циркулировать по кровеносным сосудам к очагу инфекции, защищая антибиотик под толстой оболочкой из карбоната кальция. Прибыв к месту воспаления, капсула быстро начинает работать. Такой эффект связан с тем, что многие бактерии локально закисляют среду вокруг себя. Столкнувшись с повышенной кислотностью, капсула, нерастворимая в воде, быстро разрушается, высвобождая лекарство.

Эффективность вещества ученые подтвердили в экспериментах на живых бактериях. Сейчас исследования продолжаются: исследователи разрабатывают специальное покрытие, которое позволит капсуле избирательно прилипать к бактериям и активно накапливаться в образуемых ими колониях, биопленках. Кроме того, они планируют разработать капсулу для адресной доставки противобактериального вещества, не содержащего антибиотика, но не позволяющего биопленке продолжать расти.