Ученые из Санкт-Петербурга создали систему адресной доставки лекарств с помощью частиц карбоната кальция, которую можно использовать в том числе для борьбы с устойчивыми к антибиотикам бактериям. Результаты исследования опубликованы в журнале Chemical Communications.
Карбонат кальция ― простое и хорошо известное вещество. Оно входит в состав мела, известняка, мрамора, морских раковин, яичной скорлупы и многих пищевых добавок, под именем Е170 оно зарегистрировано как белый пищевой краситель.
Исследователи из Химико-биологического кластера Университета ИТМО разработали на его основе полые частицы-носители для доставки лекарственных препаратов, по форме напоминающие бактерии кишечной палочки Escherichia coli.
По мнению ученых, такие носители будут восприниматься патогенами как собственные клетки, встраиваться в бактериальные биопленки и контролируемо высвобождать терапевтическое средство, когда это необходимо.
"Мы разрабатываем материал под конкретную задачу, а именно ― для борьбы с бактериальными инфекциями, ― приводятся в пресс-релизе слова первого автора статьи, аспиранта Никиты Серова. ― Карбонат кальция ― материал очень доступный и дешевый, по нему много экспериментальных данных. При этом он биосовместимый. Если мы вспомним, какие элементы у нас представлены в крови и других биологических жидкостях, то увидим, что кальций является одним из наиболее представленных ионов: он участвует в передаче нервных импульсов, в сокращении мышц. В то же время карбонат-ионы, которые получаются при взаимодействии воды с растворенным углекислым газом, при контакте с ионами кальция дают уже знакомый нам материал. По этой причине карбонат кальция нашему организму знаком, и очень давно".
Но, для создания носителя антибиотика или другого препарата одной биосовместимости мало, отмечают ученые. Важно, чтобы лекарственное вещество надежно удерживалось в нем пока не достигнет цели, и легко "выгружалось", прибыв к месту назначения. При этом в крови человека частицам-носителям придется столкнуться с иммунными клетками, которые постараются избавиться от инородного объекта, попавшего в организм.
Разработчики проанализировали эти взаимодействия и постарались придать носителю оптимальные размер и форму.
"Во множестве работ показано, что форма объекта определяет, как на него среагируют иммунные клетки, ― отмечает Серов. ― Чтобы иммунные клетки успешно атаковали объект, им нужно его обхватить. У нашего объекта очень большая поверхность, которая не позволяет им это сделать. В результате иммунный ответ становится слабее, что позволяет избежать разрушения капсулы или побочных эффектов".
Микрокапсула имеет размер приблизительно 5 микрометров в длину и форму, схожую с формой бактерий. Это позволяет ей свободно циркулировать по кровеносным сосудам к очагу инфекции, защищая антибиотик под сравнительно толстой оболочкой из карбоната кальция. Однако, прибыв к месту воспаления, капсула быстро начинает работать.
Дело в том, что многие бактерии в результате жизнедеятельности создают вокруг себя кислую среду. Карбонат кальция при повышенной кислотности начинает быстро разрушаться, высвобождая лекарство.
"У наших частиц достаточно немного растворить стенку, и содержимое выходит оттуда моментально, создавая большие локальные концентрации терапевтического вещества, в то время как обычно такие конструкции должны полностью раствориться, чтобы вышло все лекарство", ― добавляет Серов.
Пока эксперименты с доставкой антибиотиков проведены в пробирках. Эффективность вещества проверяли на живых бактериях.
"Так как постоянно появляются устойчивые к антибиотикам штаммы, от антибиотиков желательно уходить, ― объясняет ученый. ― Есть молекулы, которые мешают бактериям "общаться" друг с другом. Нарушая это "общение", они не дают бактериям образовывать биопленки, которые являются основной проблемой в месте воспаления. Их мы и планируем использовать в будущем".
Сейчас исследования продолжаются. В частности, ученые пытаются создать специальное покрытие, которое позволит капсуле избирательно прилипать к бактериям и более активно накапливаться в образуемых ими колониях — биопленках, борьба с которыми и является одной из основных целей ученых.
Авторы считают, что если доставить в биопленку вещество, которое не позволит ей расти, после завершения жизненного цикла уже существующих бактерий это приведет к выздоровлению.
