Временнáя и пространственная упорядоченность полых многооболочечных структур обеспечивает последовательное высвобождение лекарств
Полые многооболочечные структуры (HoMS) с относительно изолированными полостями и иерархическими порами в оболочках структурно подобны клеткам и могут использоваться в качестве носителя для антибактериальных агентов.
Исследование под руководством профессоров Ван Даня и Чжан Суоцзяна из Института инженерных процессов Китайской академии наук изучило механизм диффузии и транспорта антимикробных молекул через HoMS. Впервые было обнаружено, что уникальное свойство временнóй и пространственной упорядоченности HoMS позволяет реализовать последовательное высвобождение лекарств.
Исследование опубликовано в Nature Communications 7 сентября.
«Мы синтезировали TiO2-HoMS с помощью последовательного шаблонного подхода и ввели антибактериальный агент метилизотиазолинон (MIT) в качестве модельных молекул в HoMS», — сказал профессор Ван.
Анализируя поведение HoMS во время высвобождения лекарства, исследователи обнаружили, что высвобождение молекул из HoMS проходит через последовательные стадии: быстрое высвобождение, пролонгированное высвобождение и высвобождение в ответ на стимул.
В частности, просто регулируя количество введенных в среду MIT-HoMS, можно быстро достичь желаемой концентрации на стадии быстрого высвобождения благодаря молекулам MIT, адсорбированным на внешней поверхности HoMS.
Пролонгированное высвобождение молекул MIT в π-π-упакованном состоянии в полости HoMS могло поддерживать необходимую концентрацию в течение длительного периода и ингибировать рост бактерий.
Трехоболочечная HoMS могла обеспечить длительный период стерильности в среде, богатой бактериями, который почти в восемь раз превышал период для чистого антимикробного агента в тех же условиях.
«Когда в нашу систему HoMS добавлялись патогены, движущей силы было достаточно, чтобы преодолеть энергетический барьер, и молекулы лекарства, хранящиеся между оболочками и адсорбированные на поверхности, высвобождались, что приводило к ответному высвобождению. Что еще более важно, концентрация лекарства могла автоматически восстанавливаться до желаемого диапазона», — сказал профессор Ван.
Из-за разных характеристик адсорбции в HoMS и физических барьеров, создаваемых многочисленными оболочками, молекулы лекарства в разных местах HoMS имеют разное время высвобождения.
Все эти преимущества можно объяснить последовательным высвобождением лекарства, управляемым химической диффузией и физическими барьерами, что открывает путь для разработки интеллектуальных наноматериалов.