Решение проблемы растворимости лекарств с помощью наночастиц кремнезема

Исследователи из Гарвардского университета и Китайского университета Гонконга разработали метод, повышающий растворимость молекул лекарств до трех порядков величины. Это может стать прорывом в создании лекарственных форм и доставке препаратов.

Более 60% кандидатов в фармацевтические препараты страдают от плохой растворимости в воде, что ограничивает их биодоступность и терапевтическую пригодность. Традиционные методы, такие как уменьшение размера частиц, твердые дисперсии, липидные системы и мезопористое удержание, часто имеют ограничения, специфичные для конкретного препарата, могут быть дорогими в реализации и подвержены проблемам стабильности.

Новый подход решает эти проблемы, используя механизм конкурентной адсорбции молекул лекарства и воды на модифицированных поверхностях кремнезема. Он позволяет достичь растворимости без химической модификации молекул лекарства или использования дополнительных солюбилизирующих агентов, потенциально заменяя несколько технологий доставки лекарств.

В исследовании "Enhancing drug solubility through competitive adsorption on silica nanosurfaces with ultrahigh silanol densities", опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, описаны наноповерхности, которые адсорбируют молекулы лекарств в сухих условиях и быстро высвобождают их при контакте с водой.

В качестве исходных материалов использовались наночастицы кремнезема размером от 7 до 22 нм. Эти наночастицы, характеризующиеся выпуклыми поверхностями с высокой кривизной, были агломерированы путем контролируемого испарения, образуя пористый шаблон, способный адсорбировать молекулы лекарств. Конкурентная адсорбция между водой и молекулами лекарств на этих модифицированных поверхностях повышает растворение препарата в 100–1000 раз.

Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) классифицирует кремнезем как общепризнанный безопасным. Обычные поверхности кремнезема имеют плотность силанольных групп 4–6 OH/нм², что недостаточно для сильного взаимодействия с молекулами лекарств или воды.

Исследователи увеличили эту плотность до 20 OH/нм², создав поверхность со сверхвысокой аффинностью. Это усиление позволило поверхности адсорбировать молекулы лекарств в безводном состоянии, а при контакте с водой запускать процесс конкурентной адсорбции, в котором молекулы воды замещают молекулы лекарства, способствуя быстрой десорбции и растворению.

Ибупрофен использовался в качестве модельного препарата для тестирования in vitro и in vivo. Исследования растворения показали, что 90% препарата высвобождается в течение одного часа, по сравнению с менее чем 20% из кристаллического ибупрофена за шесть часов.

Тесты на мышах in vivo продемонстрировали почти вдвое более высокую пиковую концентрацию в плазме и в 1,5 раза большее воздействие препарата по сравнению с коммерчески доступным продуктом.

Команда также протестировала метод на 15 плохо растворимых активных фармацевтических ингредиентах, включая кетопрофен, доцетаксел и фенофибрат. Растворимость всех протестированных препаратов увеличилась в 10–2000 раз по сравнению с кристаллическими формами.

Двухлетние испытания на стабильность не показали значительной деградации характеристик растворимости.

Вычислительный анализ с использованием теории функционала плотности подтвердил экспериментальные наблюдения, показав, что молекулы воды благоприятно вытесняют адсорбированные лекарства из-за более высокого сродства связывания на поверхностях с высокой плотностью силанольных групп.

Исследователи полагают, что нашли решение проблемы растворимости в доставке лекарств, которое будет применимо к широкому спектру препаратов, оставаясь при этом экономически эффективным и масштабируемым для массового производства. Если результаты исследования подтвердятся в клинических исследованиях, это может существенно повлиять на разработку лекарств, стоимость производства, требуемые дозировки и доступность препаратов.