Покрытые наночастицы решают проблему доставки лекарств через слизистые барьеры
Слизистые слои, защищающие чувствительные ткани организма, имеют нежелательный побочный эффект: они могут блокировать доступ лекарств. Исследователи из Университета Джонса Хопкинса нашли способ покрывать наночастицы химическим веществом, которое помогает им проскользнуть через этот липкий барьер.
В ходе экспериментов команда также обнаружила, что слои слизи имеют гораздо более крупные поры, чем считалось ранее, что открывает путь для доставки более крупных и долгодействующих доз лекарств к защищенной ткани.
Результаты опубликованы в Early Online Edition Proceedings of the National Academy of Sciences.
Это открытие важно, поскольку слизистые барьеры, которые задерживают и удаляют патогены, могут блокировать локальную доставку лекарств во многие части тела (легкие, глаза, ЖКТ, женская репродуктивная система). Из-за этого врачи часто вынуждены назначать таблетки или инъекции, которые доставляют лекарство по всему телу, что может привести к побочным эффектам или недостаточной дозировке.
«Слизистые барьеры эволюционировали, чтобы быть полезными — чтобы не пускать чужеродные элементы. Но если вы хотите доставить лекарство в микроскопической частице, они могут и его не пропустить. Мы нашли способ предотвратить прилипание полезных наночастиц к слизи и узнали, что отверстия в "сетке" слизи намного больше, чем ожидало большинство», — пояснил руководитель исследования Джастин Хейнс.
Стратегия, вдохновленная вирусами
Чтобы преодолеть барьер, команда Хейнса изучила модель вирусов. Предыдущие исследования показали, что некоторые вирусы способны проникать через слизистый барьер человека. Ученые решили найти химическое покрытие, которое могло бы имитировать характеристики такого вируса.
«Мы обнаружили, что вирусы, которые проникали через барьер, имели гидрофильные поверхности и нейтральный суммарный электрический заряд. Мы подумали, что если покрыть наночастицу для доставки лекарства химическим веществом с такими характеристиками, она, возможно, не застрянет в слизи», — сказал ведущий автор статьи Сэмюэл К. Лай.
Решение: покрытие из ПЭГ
Чтобы заставить наночастицы вести себя как вирусы, исследователи покрыли их полиэтиленгликолем (PEG) — нетоксичным материалом, обычно используемым в фармацевтике. PEG растворяется в воде и безвредно выводится почками.
Неожиданное открытие о размере
Предыдущие исследования предполагали, что даже нелипкие наночастицы должны быть меньше 55 нанометров, чтобы пройти через крошечные отверстия в слизистой сетке. Используя микроскопию высокого разрешения, исследователи обнаружили, что их 200-нанометровые частицы, покрытые PEG, могут проскальзывать через барьер человеческой слизи.
Дальнейшие тесты показали, насколько крупными могут быть частицы, прежде чем они застрянут. Более крупные наночастицы предпочтительнее, так как могут нести больше лекарства и высвобождать его дольше.
«Шокирующим было то, как быстро частицы шириной 500 нанометров двигались через слизистую сетку. Работа предполагает, что отверстия в слизистом барьере намного больше, чем изначально ожидалось. Мы также были удивлены, обнаружив, что более крупные наночастицы (200 и 500 нм) на самом деле двигались через слой слизи быстрее, чем более мелкие (100 нм)», — отметил Хейнс.
Это имеет важное значение, поскольку 500-нанометровая частица может доставлять лекарство к целевой области с высвобождением в течение дней или недель. Более крупные частицы также позволяют эффективно инкапсулировать более широкий спектр молекул лекарств.
Исследователи считают, что эта система имеет большой потенциал для прямой доставки химиотерапии, антибиотиков, нуклеиновых кислот и других методов лечения в легкие, желудочно-кишечный тракт и цервиковагинальный тракт.