Микромоторы для доставки лекарств впервые вылечили бактериальную инфекцию в желудке

Инженеры-нанотехнологи из Калифорнийского университета в Сан-Диего впервые продемонстрировали использование микромоторов для лечения бактериальной инфекции в желудке. Эти крошечные устройства, каждое размером примерно в половину человеческого волоса, быстро перемещаются по желудку, нейтрализуя желудочную кислоту, а затем высвобождают свой груз — антибиотики — при достижении нужного уровня pH. Результаты исследования опубликованы 16 августа в журнале Nature Communications.

Этот подход с использованием микромоторов является многообещающим новым методом лечения заболеваний желудка и желудочно-кишечного тракта кислоточувствительными препаратами. Работа — результат сотрудничества исследовательских групп профессоров наноинженерии Джозефа Вана и Лянфан Чжана. Ван и Чжан были пионерами в исследованиях работы микромоторов in vivo, и данное исследование представляет собой первый пример использования микромоторов для доставки лекарств при лечении бактериальной инфекции.

Желудочная кислота может разрушать перорально принимаемые препараты, такие как антибиотики и белковые фармацевтические средства. Лекарства для лечения бактериальных инфекций, язв и других заболеваний желудка обычно принимают вместе с дополнительными веществами — ингибиторами протонной помпы, которые подавляют выработку кислоты. Однако при длительном приеме или в высоких дозах ингибиторы протонной помпы могут вызывать побочные эффекты: головные боли, диарею, усталость, а в более серьезных случаях — тревожность или депрессию.

Микромоторы имеют встроенный механизм для нейтрализации желудочной кислоты и эффективной доставки лекарств в желудок — без использования ингибиторов протонной помпы.

Каждый микромотор состоит из сферического магниевого ядра, покрытого защитным слоем диоксида титана (TiO₂), затем слоем антибиотика кларитромицина и внешним слоем положительно заряженного полимера хитозана, который позволяет моторам прилипать к стенке желудка.

Это прилипание также усиливается за счет движения микромоторов, которое обеспечивается собственной кислотой желудка. Магниевые ядра вступают в реакцию с желудочной кислотой, генерируя поток микропузырьков водорода, которые двигают устройства внутри желудка. Эта реакция также временно снижает количество кислоты в желудке, повышая уровень pH достаточно для того, чтобы микромоторы высвободили лекарство и провели лечение. Нормальный pH желудка восстанавливается в течение 24 часов.

Исследователи протестировали микромоторы на мышах с инфекцией Helicobacter pylori. Микромоторы, содержащие клиническую дозу антибиотика кларитромицина, вводили перорально один раз в день в течение пяти дней подряд. После этого исследователи оценили количество бактерий в желудке каждой мыши и обнаружили, что лечение с помощью микромоторов было немного эффективнее, чем при введении той же дозы антибиотика в комбинации с ингибиторами протонной помпы.

Микромоторы в основном состоят из биодеградируемых материалов. Магниевые ядра и полимерные слои растворяются желудочной кислотой, не оставляя вредных остатков.

Исследователи отмечают, что, хотя текущие результаты обнадеживают, работа находится на ранней стадии. Команда планирует дальнейшие исследования для оценки терапевтической эффективности микромоторов in vivo и сравнения с другими стандартными методами лечения заболеваний желудка. Также планируется испытать различные комбинации лекарств с микромоторами для лечения множественных заболеваний в желудке или других отделах желудочно-кишечного тракта. В целом, эта работа открывает путь к использованию синтетических моторов в качестве активных платформ для доставки лекарств при лечении заболеваний in vivo.