Учёные разработали наночастицы для перорального введения инсулина как альтернативу инъекциям
Учёные из Наньянского технологического университета (Сингапур) создали инсулинсодержащие наночастицы, которые могут стать основой для перорального лекарства и альтернативы инъекциям инсулина для пациентов с диабетом.
В доклиническом исследовании команда NTU Singapore скормила крысам наночастицы с инсулином и обнаружила, что уровень инсулина в их крови повысился уже через несколько минут.
Инсулинотерапия — важная часть лечения диабета, метаболического заболевания, которым страдают 422 миллиона человек в мире. В Сингапуре к 2050 году число диабетиков может достичь 1 миллиона — почти пятой части населения.
Пероральный приём инсулина предпочтительнее инъекций, так как он менее болезненный, что может повысить приверженность пациентов лечению. Однако создание пероральной формы остаётся сложной задачей. Поскольку инсулин — это белок, он разрушается в желудочно-кишечном тракте ещё до попадания в кровоток для регуляции уровня глюкозы.
Чтобы решить эту проблему, междисциплинарная команда учёных из NTU разработала наночастицу с ядром, содержащим инсулин, покрытым чередующимися слоями инсулина и хитозана (природного сахара). Дозировка контролируется количеством слоёв в наночастице.
Лабораторные эксперименты на клеточных культурах и крысах, проведённые под руководством доктора Хуан Инъин, доцента Юсуфа Али и бывшего профессора NTU Суббу Венкатрамана, показали, что такие многослойные наночастицы стабильны при прохождении через желудок в тонкий кишечник с минимальным высвобождением инсулина и способны проникать через кишечную стенку в кровоток.
Доктор Хуан Инъин, соавтор исследования: «Попытки создать пероральные формы инсулина имели мало успеха из-за проблем с безопасностью или необходимости частого приёма из-за малой ёмкости носителя. Тесты наших наночастиц на крысах показали, что они могут нести достаточное количество инсулина для терапевтического эффекта и при этом достаточно малы, чтобы проникать через кишечную стенку. Это указывает на их потенциал для пероральной доставки инсулина у людей. Мы считаем, что та же концепция может быть полезна и для других белковых препаратов, которые обычно вводятся инъекционно».
Доцент Юсуф Али, соавтор исследования: «Сейчас инсулин вводят подкожно тонкой иглой несколько раз в день. Помимо боли и неудобств, эти уколы несут риск того, что пациент не заметит низкий уровень сахара в крови, что у диабетика может стать смертельно опасным состоянием. Мы надеемся, что наша работа когда-нибудь заменит болезненные инъекции инсулина простой маленькой таблеткой».
Результаты были опубликованы в научном журнале Nanoscale в ноябре.
Многослойный подход к пероральной доставке инсулина
Разработанная в NTU пероральная наночастица с инсулином более точно имитирует путь, по которому естественный инсулин попадает в кровоток из печени — важного органа для контроля уровня глюкозы.
Каждая такая наночастица имеет размер около 200 нм — как минимум в 1000 раз меньше пыльцевого зерна. Инсулин сначала загружается в липосому (крошечную сферу в ядре наночастицы). Затем липосома покрывается 11 чередующимися слоями инсулина и хитозана трёх разных молекулярных масс, что позволяет загрузить больше инсулина.
Когда наночастица попадает в кислую среду желудка, её слои начинают отталкиваться друг от друга, что приводит к медленному высвобождению инсулина с самого внешнего слоя внутрь. Хотя часть инсулина теряется при движении по ЖКТ, у наночастицы достаточно слоёв, чтобы к моменту транспорта через кишечную стенку в кровоток инсулин в оставшихся слоях и в ядре липосомы оставался неповреждённым.
Доказательство концепции
Чтобы исследовать осуществимость пероральной доставки, команда NTU провела серию экспериментов для оценки стабильности наночастиц, их способности проникать через кишечную стенку и эффективности инсулина после этого транспорта.
После помещения наночастиц в жидкость, имитирующую среду желудка, команда обнаружила, что за час высвободилось 6% инсулина, а 94% осталось инкапсулированным. Пища проходит через желудок в тонкий кишечник примерно за час.
При тестировании на клеточной линии человека Caco-2 (широко используемой модели для изучения транспорта молекул через кишечную стенку) учёные обнаружили, что количество транспортированного инсулина было в три раза выше при использовании наночастиц по сравнению с чистым раствором инсулина.
Учёные также измерили скорость всасывания и выведения инсулина из наночастиц в кровотоке крыс. У крыс, получавших наночастицы перорально, концентрация инсулина в крови достигла пика на 30-й минуте и полностью исчезла через четыре часа.
Доцент Юсуф Али: «В совокупности эти эксперименты показали, что наш послойный подход ограничивает воздействие желудочно-кишечной среды на инсулин, предотвращая его преждевременную деградацию. Мы сейчас изучаем, может ли этот пик наступать раньше 30 минут — это показатель того, насколько близко инсулин из нашей наночастицы следует за естественной динамикой инсулина в кровотоке».
Доктор Хуан добавила, что быстрое всасывание и выведение инсулина из этих многослойных наночастиц демонстрирует доказательство концепции воспроизведения метаболических реакций, связанных с приёмом пищи, у людей без диабета. Уровень концентрации инсулина можно дополнительно увеличить, повторив количество чередующихся слоёв инсулина и хитозана на поверхности наночастицы.