Искусственная ДНК может контролировать высвобождение активных веществ из лекарств

Группа учёных из Технического университета Мюнхена (TUM) разрабатывает препарат с тремя активными компонентами, которые высвобождаются последовательно в заданные моменты времени. То, что раньше было мечтой фармакологов, теперь стало ближе к реальности. С помощью комбинации гидрогелей и искусственной ДНК наночастицы могут высвобождаться последовательно в условиях, близких к человеческому организму.

Оливер Лилег, профессор биомеханики, и аспирант Церен Кимна разработали процесс, который может лечь в основу лекарств, содержащих несколько действующих веществ и высвобождающих их в заданной последовательности в определённое время. Например, мазь, нанесённая на хирургический разрез, могла бы сначала высвободить обезболивающее, затем противовоспалительное средство, а потом препарат для уменьшения отёка.

Одно действующее вещество за другим

Для проверки принципа своей идеи исследователи использовали наноразмерные частицы серебра, оксида железа и золота, внедрённые в гидрогель. Их выход из геля отслеживали спектроскопическим методом. Эти частицы имеют сходные характеристики движения в геле с частицами, используемыми для доставки реальных лекарств, но их проще и дешевле производить.

Особый ингредиент, контролирующий наночастицы, — искусственная ДНК. Исследователи используют способность фрагментов ДНК точно соединяться друг с другом, в том числе с заданной прочностью связи.

Каскад ДНК: сжать, а затем высвободить в нужный момент

Первыми высвобождались частицы серебра. В исходном состоянии они были связаны вместе фрагментами ДНК, спроектированными с помощью специального ПО. Получившиеся кластеры слишком велики, чтобы двигаться в гидрогеле. Однако при добавлении солевого раствора они отделяются от ДНК, начинают двигаться и мигрировать к поверхности. «Поскольку солевой раствор имеет примерно ту же солёность, что и человеческое тело, мы смогли смоделировать условия, при которых активные вещества не высвобождаются до нанесения лекарства», — объясняет Церен Кимна.

Сетчатая структура ДНК, окружающая частицы оксида железа, состоит из двух типов ДНК. Эти структуры не подвержены действию солевого раствора. Частицы оксида железа могут высвободиться только после растворения первых кластеров. Это событие высвобождает не только серебряные наночастицы, но и ДНК, которая разрушает «соединительную ДНК» второго кластера. В результате частицы оксида железа отделяются. Это высвобождает фрагменты ДНК, которые, в свою очередь, действуют как ключ к третьей комбинации ДНК-наночастицы.

«Консистенция мазей делает их наиболее очевидным решением для подхода на основе гидрогеля. Однако этот принцип также имеет потенциал для использования в таблетках, которые могли бы высвобождать несколько эффективных ингредиентов в организме в определённом порядке», — поясняет профессор Лилег.