Российские ученые разработали самособирающуюся капсулу для нерастворимых в воде и чувствительных к кислотности среды лекарственных средств. Благодаря такой упаковке препарат высвобождается в ткани только при определенной кислотности среды, что защищает его от преждевременного окисления, например в желудке, которое приводит к потере активности. Разработка значительно улучшит качество и биодоступность лекарств.

Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Molecular Liquids.

Кверцетин — сложное химическое соединение растительного происхождения, которое относится к витаминам группы Р и обладает противовоспалительным, противоопухолевым и спазмолитическим действием. Несмотря на эти ценные свойства, препарат редко используется врачами из-за его плохой растворимости в воде и быстрого окисления в среде организма.

Чтобы сделать кверцетин более стабильным и удобным для медицинского применения, ученые предлагают использовать pH-чувствительные системы, например нанокапсулы, которые доставляют препарат к нужным тканям и при определенной кислотности среды высвобождают его. Так, например, среда в желудке всегда кислая, в двенадцатиперстной кишке — щелочная, а в крови, через которую лекарство и попадет в целевой орган, — слабощелочная, ближе к нейтральной.

Исследователи из Казанского федерального университета (Казань) разработали сложные химические комплексы из положительно и отрицательно заряженных частиц — катионов и анионов, которые создают оболочку вокруг нужной молекулы. В качестве блоков для сборки комплексов авторы использовали пилларарены — нетоксичные для человека органические молекулы. Они растворимы в воде и самостоятельно собираются в сферические наночастицы.

В связи с тем, что эти химические комплексы планируется использовать в медицине, авторы проверили их на безопасность для клеток. В результате теста на фибробластах и клетках карциномы молочной железы человека не было выявлено какой-либо токсичности. Ученые выбрали именно эти линии, так как они являются одними из наиболее распространенных для исследований цитотоксичности противоопухолевых препаратов.

Новая система pH-чувствительной доставки лекарств нацелена на те органы и ткани, где среда нейтральная или слабощелочная. Авторы экспериментально доказали, что разработанные ими капсулы высвобождали кверцетин только в таких условиях, тогда как в кислых растворах, имитирующих желудочных сок, комплексы оставались стабильными. Это свойство позволит капсулам доставлять активное лекарство в нужные ткани и предотвратить его преждевременное окисление и потерю активности.

Предложенные авторами химические комплексы при разном увеличении, изображение получено методом трансмиссионной электронной микроскопии. Источник: Nazarova et al. / J. Mol. Liq., 2022

«Ключевая область применения разработанных систем — биотехнология, в частности полиэлектролитное капсулирование и создание наноконтейнеров для адресной доставки, защиты, хранения и пролонгированного высвобождения биологически активных соединений, а также генетического материала. В ходе работы мы нашли решения задач синтеза новых функционализированных платформ и их применения в качестве модельных компонентов 3D-конструктора самособирающихся наноструктур. Наши результаты будут способствовать развитию средств адресной доставки лекарственных препаратов, а также найдут применение в персонализированной медицине, высокотехнологичном здравоохранении и технологиях здоровьесбережения. Сейчас мы расширяем спектр лекарственных препаратов для инкапсуляции в полученные системы», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Людмила Якимова, кандидат химических наук, доцент кафедры органической и медицинской химии КФУ.