Исследователи из института Джона Хопкинса создают крошечные устройства, меняющие свою форму, которые эффективно доставляют лекарство в желудочно-кишечный тракт.

11/03/2020

Вдохновленные паразитическим червем, который впивается своими острыми зубами в кишечник хозяина, исследователи из института Джона Хопкинса разработали крошечные звездообразные микроприборы, которые могут прикрепляться к слизистой оболочке кишечника и высвобождать лекарства в организм.

Дэвид Грасиас, доктор философии, профессор инженерной школы Уайтинга Университета Джонса Хопкинса и гастроэнтеролог Джонса Хопкинса Флорин М. Селару, доктор медицины, директор Центра воспалительных заболеваний кишечника Джонса Хопкинса, возглавляли группу исследователей и инженеров-биохимиков, которые разработали и протестировали изменяющие форму микроустройства, имитирующие способ прикрепления паразитических анкилостомов к кишечнику организма.

Изготовленные из металла и тонкой, меняющей форму пленки и покрытые термочувствительным парафином, «террагрипперы», каждая размером примерно с пылинку, потенциально могут переносить любое лекарство и постепенно выделять его в организм.

На этой неделе команда института опубликовала результаты исследования на животных на главной странице в журнале Science Advances.

Постепенное и продолжительное высвобождение лекарства – долгожданная цель медицины. Селару объясняет, что проблема с лекарствами с пролонгированным высвобождением заключается в том, что они часто полностью проходят через желудочно-кишечный тракт, прежде чем закончили отпуск лекарства.

«Нормальное сокращение и расслабление мышц желудочно-кишечного тракта не позволяет лекарствам с пролонгированным высвобождением оставаться в кишечнике достаточно долго, чтобы пациент мог получить полную дозу», – говорит Селару, который сотрудничал с Грасиасом более 10 лет. «Мы работали над решением этой проблемы, создавая эти небольшие носители для лекарств, которые могут автономно фиксироваться на слизистой оболочке кишечника и удерживать лекарственную нагрузку в желудочно-кишечном тракте в течение желаемого периода времени».

Тысячи терагрипперов могут быть задействованы в желудочно-кишечном тракте. Когда парафиновое покрытие на захватах достигает температуры внутри тела, устройство закрывается и закрепляется на стенке толстой кишки. Такое действие заставляет крошечные шестиконечные устройства впиваться в слизистую оболочку и оставаться прикрепленными к толстой кишке, где они удерживаются и постепенно высвобождают свои лекарственные вещества в организм. В конце концов, терагрипперы теряют контроль над тканью и выводятся из кишечника в результате нормальной мышечной функции желудочно-кишечного тракта.

Грасиас, говоря о достижениях в области биомедицинской инженерии, за последние годы сказал следующее: «Мы стали свидетелями появления динамических микропроцессорных интеллектуальных устройств, которыми можно управлять с помощью электрических или химических сигналов», – говорит он. «Но эти захваты настолько малы, что в них не поместятся батареи, антенны и другие компоненты».

Theragrippers, говорит Грасиас, не полагаются на электричество, беспроводные сигналы или внешние средства управления. «Вместо этого они действуют как маленькие сжатые пружины с терморегулирующим покрытием на устройствах, которое автономно высвобождает накопленную энергию при температуре тела».

Исследователи из Джона Хопкинса изготовили устройства с примерно 6,000 терагрипперов на 3-дюймовую кремниевую пластину. В своих экспериментах на животных они загружали болеутоляющее лекарство на захваты. Эксперименты исследователей показали, что животные, которым вводили терагрипперы, имели более высокие концентрации обезболивающего в кровотоке, чем контрольная группа. Препарат оставался в организме испытуемых почти 12 часов, по сравнению с двумя часами в контрольной группе.

Помимо Грасиаса и Селару, авторами статьи в журнале являются Ариджит Гош, Лийи Сю, Неха Гупта, Цианру Лин, Гаятри Пахапале, Ванку Лу и Анджишну Саркар из факультета химической и биомолекулярной инженерии Университета Джонса Хопкинса; Линг Ли и Венката Акшинтала из отделения гастроэнтерологии и гепатологии Медицинского факультета Университета Джона Хопкинса; Ранджит Дэш, Дженни Лам и Рана Рэйс из Johns Hopkins Drug Discovery и факультета неврологии Медицинской школы Университета Джонса Хопкинса.

источник: hopkinsmedicine.org/…