Многофункциональные сферы из слизи и полидофамина обеспечивают адресную и регулируемую доставку лекарств

Исследователи из Технического университета Мюнхена (TUM) разработали полые микросферы из муцина (слизи) и полидофамина, используя простой и масштабируемый метод производства. Эти крошечные сферы предназначены для использования в качестве упаковки для терапевтических веществ, например, в суставах или на слизистой оболочке полости рта. Их свойства и механизм действия можно регулировать выбором материалов, и на них также влияет окружающая биологическая среда.

Профессор биополимерных материалов Оливер Лилег и его команда используют разнообразные свойства муцинов — ключевых компонентов естественных защитных оболочек, таких как слизистая рта или желудка, — для создания технологических решений в биомедицине.

Их последняя разработка — многофункциональная микросфера из муцина и полидофамина. Микросфера предназначена для обеспечения замедленного высвобождения молекулярного «груза» в тех местах организма, где адгезия таких носителей лекарств обычно затруднена, например, на слизистой оболочке рта или на хрящевой ткани.

Работа опубликована в журнале Small.

Эта хорошая адгезия была протестирована на животных тканях и обеспечивается сильными адгезивными свойствами полидофамина. В то же время муцин добавляет ценные особенности: он делает сферы более регулируемыми по размеру пор и позволяет им действовать как естественная смазка.

«Например, в суставах это может помочь предотвратить повреждения, создаваемые движениями суставов. Это также может обеспечить защитное покрытие на поврежденной ткани во рту, что является дополнительным преимуществом помимо функции микросфер как агентов доставки лекарств», — объясняет Ди Фань, первый автор исследования.

Полые сферы легко производить, загружать и герметизировать

Производство новых полых сфер начинается с установленного процесса: сначала ядро покрывается желаемыми материалами, а затем удаляется, оставляя после себя полую структуру. С другими материалами сферы иногда сжимаются или даже разрушаются при растворении ядра.

В отличие от них, микросферы из полидофамина и муцина остаются структурно стабильными. Их поверхность пористая. Это позволяет загружать «груз» после производства микросферы, и он проникает внутрь сфер путем диффузии, как было показано в исследовании на модельных молекулах-грузах.

Следующий шаг является новым и ключевым: исследователи наносят на поверхность дополнительный компонент, который частично герметизирует оболочки сфер. Это помогает удерживать больше «груза» внутри сферы после загрузки, обеспечивая при этом его постепенное высвобождение с течением времени. Для этого этапа «блокировки» можно использовать ряд материалов, но подход оказался особенно эффективным с ионами серебра — положительно заряженными атомами серебра.

Защищать или уничтожать: как выбор материала и биологическая среда определяют эффект

Выбор материала для герметизации также имеет решающее значение для эффекта микросфер. «Если используются ионы серебра, микросферы помогают убивать клетки. Это может быть особенно полезно при лечении опухолей», — говорит Ди Фань, продемонстрировавшая различные эффекты в клеточных культурах.

Напротив, без ионов серебра проявляются противовоспалительные свойства полидофамина, которые вместо этого защищают клетки от химического стресса. Это особенно полезно для тканей, страдающих от воспаления, с потенциальным применением в таких случаях, как остеоартрит или хронические раны. Как тип используемого герметизирующего агента, так и биологическая среда влияют на скорость высвобождения «груза».

«С системой полых микросфер мы создали универсальную систему высвобождения лекарств, которую легко производить, масштабировать и адаптировать», — объясняет руководитель проекта Лилег.

«Наша выбранная комбинация муцина и полидофамина объединяет многие преимущества, предлагаемые этими биомолекулами, которые выходят за рамки типичных задач классической системы высвобождения лекарств; например, она может защищать или уничтожать клетки — в зависимости от предполагаемого применения».