Американские ученые разработали микродвигатели, которые нейтрализуют кислоту в желудке и высвобождают лекарства при заданном значении кислотности. Результаты работы опубликованы в журнале Angewandte Chemie.
Кислая среда в желудке необходима для денатурации пищевых белков и нормальной работы расщепляющего их фермента пепсина. Она также убивает многие поступающие с пищей микроорганизмы. Помимо этого, кислота в желудке нейтрализует многие лекарственные препараты. Такие лекарства предохраняют от ее действия, помещая их в кишечнорастворимую оболочку. Однако для кислоточувствительных препаратов, действующих непосредственно в желудке (например, антибиотиков, которые применяют для лечения язвенной болезни), такой метод защиты не подходит. Поэтому их назначают в комбинации с ингибиторами протонного насоса (калий-протонной АТФ-азы), которые блокируют синтез кислоты обкладочными клетками желудка. Однако эти препараты, особенно при длительном использовании, имеют серьезные побочные эффекты, что ограничивает их применение.
В поиске альтернативного метода доставки лекарств к желудочной стенке сотрудники Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали микродвигатели, использующие в качестве топлива кислоту и нейтрализующие ее в процессе работы. Основой такого микродвигателя является магниевая сфера диаметром около 20 микрометров. Эти сферы помещают на стеклянную подложку и покрывают 10-нанометровым слоем золота так, чтобы контактирующий со стеклом участок сферы остался без покрытия. На золотой слой наносят слой рН-чувствительного полимера, который содержит лекарство и высвобождает его при заданном значении кислотности (рН больше 5,5).
При попадании в желудок непокрытый золотом магний вступает в реакцию с протонами кислоты, в результате чего образуются пузырьки газообразного водорода. Благодаря реактивной силе этих пузырьков, микродвигатели активно перемещаются по желудку со средней скоростью 60 микрометров в секунду, нейтрализуя очередные протоны. В течение менее чем 20 минут они повышают рН до заданного уровня (ингибиторам протонного насоса для этого необходимо около часа), после чего полимер распадается, высвобождая лекарство.
В эксперименте на мышах пять миллиграммов микродвигателей за 20 минут повысили среднее значение рН в желудке животных с 1,88 до 7,81, после чего высвободили флуоресцентный краситель. За счет движения микросфер доставка препарата в различные участки слизистой оболочки желудка была более эффективной и равномерной, чем при пассивной диффузии. Нейтрализующий кислоту эффект был дозозависимым (2,5 миллиграмма повышали рН до 4,24; 10 миллиграммов — до 9,43).
Эксперимент также показал полную биосовместимость микродвигателей: никаких побочных эффектов их применения при гистологическом исследовании зарегистрировано не было. Кислотность желудочного сока возвращалась к нормальным показателям в течение суток.
На основании полученных результатов разработчики назвали свои микродвигатели привлекательной альтернативой ингибиторам протонного насоса (можно добавить — во всем, кроме стоимости).
Интерес к этой разработке могут повысить данные, полученные недавно американским научным коллективом. Ученые установили, что ингибиторы протонного насоса нарушают работу лизосом — клеточных органелл, которые очищают клетку от отслуживших и дефектных структурных элементов. Из-за этого происходит преждевременное старение эндотелия (внутренней оболочки) сосудов, которое, в свою очередь, повышает риск деменции, инфаркта миокарда и почечной недостаточности.
Олег Лищук
