Наногель для доставки лекарств

Видео: Лекции

Ученые со всего мира давно интересуются использованием наногелей для доставки лекарств, которые могут высвобождать вещество на протяжении определенного времени.

Но все современные наносистемы далеко не всегда практичны, потому что должны имплантироваться хирургически.

Чтобы преодолеть это серьезное ограничение, ученые из Массачусетского технологического института разработали новый тип заживляющего гидрогеля, который вводится с помощью шприца.

Такие гели, которые могут нести одно или два лекарственных вещества одновременно, способны перевернуть лечение рака, макулярной дегенерации, заболеваний сердца и др.

Новый гель состоит из смеси двух компонентов: полимерных наночастиц, которые переплетены с нитями другого полимера, такого как целлюлоза.

«Теперь у нас есть гель, который может изменять свою форму при надавливании, а после этого, что особенно важно, он может восстанавливать первоначальную форму. Это дает возможность ввести вещество шприцем, тогда как современные материалы имплантируют хирургическим путем», - пояснил доктор Марк Тиббитт (Mark Tibbitt), сотрудник Института интегративных исследований в онкологии имени Коха при MIT.



Тиббитт был одним из создателей наногеля и соавтором статьи в журнале Nature Communications. Вместе с ним над новым веществом работали научный сотрудник Эрик Аппель (Eric Appel), Мэттью Веббер (Matthew Webber), выпускник MIT Омид Вейсех (Omid Veiseh) и профессор Института Коха Роберт Лэнгер (Robert Langer).

Ранее исследователи уже разрабатывали гидрогели для биомедицинских целей, в которых формируются прочные химические связи между полимерами. Эти гели, которые можно использовать для производства контактных линз, являются очень прочными и надежными, но если их форму однажды нарушить, то ее непросто вернуть обратно.



Ученые из MIT решили создать гель, который будет выдерживать сильные механические воздействия, а затем будут возвращать прежнюю форму. Другие лаборатории создавали такие гели с использованием модифицированных белков, но этот подход слишком сложный и дорогостоящий. Нужно было сделать нечто проще.

Их наногель состоит из двух доступных и распространенных компонентов. Один из них – это сополимеры PEG-PLA, которые являются собственной разработкой лаборатории Лэнгера. Эти сополимеры были созданы несколько десятилетий назад, а сегодня их широко применяют для упаковок лекарств. Для создания самовосстанавливаемого наногеля был нужен второй компонент – в нашем случае это обычная дешевая целлюлоза.

Цепи полимера формируют слабые связи со многими наночастицами. Поскольку эти связи очень хрупкие, они легко разрушаются при механическом воздействии (например, при инъекции). Когда воздействие заканчивается, то полимер и наночастицы формируют новые связи, восстанавливая форму.

Два компонента дают возможность доставлять с гелем сразу два лекарственных вещества. Наночастицы из PEG-PLA идеально подходят для доставки гидрофобных низкомолекулярных веществ, в том числе некоторых химиотерапевтических средств. Одновременно можно вводить гидрофильные молекулы, такие как протеины, антитела и ростовые факторы.

В ходе экспериментов на мышах было продемонстрировано, что гидрогель позволял успешно высвобождать одновременно гидрофильное и гидрофобное лекарственное вещество. Этот гель имеет важное преимущество перед аналогами: он остается на месте после инъекции и позволяет воздействовать только на определенную ткань (рану, опухоль). Свойства каждого компонента геля можно «настроить» под конкретные потребности, чтобы они высвобождались с заданной скоростью.

Теперь исследователи ищут способ доставки ингибиторов ангиогенеза для лечения макулярной дегенерации. При неоваскулярной форме макулярной дегенерации эти вещества останавливают избыточный рост сосудов, который нарушает зрение. Сегодня такие препараты требуют ежемесячных внутриглазных инъекций. Команда из MIT надеется, что их наногель можно будет запрограммировать на выделение лекарственного вещества в течение нескольких месяцев, что позволит существенно снизить количество инъекций.

Другая возможность применения наногеля – это доставка ростовых факторов, которые восстанавливают поврежденный миокард после инфаркта. Исследователи говорят, что он найдет применение и в онкологии – для уничтожения опухолевых клеток, которые остаются после операции. В последнем случае это может заменить адъювантную химиотерапию, которую назначают после удаления для предотвращения роста новых опухолей.

Разработка наногеля была профинансирована Wellcome Trust, Фондом Misrock, Департаментом обороны США и Национальными институтами здоровья (NIH).