«Умные» наноматериалы для точной доставки антибиотиков в легкие

Бактериальные инфекции легких, такие как пневмония, туберкулез и бронхит, представляют собой серьезные угрозы для здоровья. Основным методом лечения этих заболеваний остаются антибиотики, но их применение часто сопровождается значительными недостатками. При стандартном приеме, будь то в виде таблеток или инъекций, лекарство распределяется по всему организму, и в легких его концентрация может оказаться недостаточной.

Это заставляет врачей увеличивать дозы или продлевать курсы лечения, что может привести к побочным эффектам, включая токсичность для печени, а также к развитию устойчивости бактерий к антибиотикам. Специалисты в области медицины и фармакологии сейчас работают над созданием методов точной доставки лекарств в пораженные органы. Одним из таких методов стали исследования группы ученых Инженерно-физического института биомедицины НИЯУ МИФИ совместно с другими научными организациями. В числе авторов разработки – профессор Сергей Деев, студент Данила Похоруков и выпускница Ольга Грязнова.

Исследователи предложили новый способ доставки антибиотика рифампицина, используя специальные наноматериалы — металло-органические каркасы (МОКС). Эти наночастицы выглядят как микроскопические «конструкторы» или «губки», обладающие высокой пористостью.

Скелет этих каркасных структур состоит из ионов металлов, в данном случае из хрома, а перекладины сделаны из органических молекул-линкеров. В многочисленные поры таких «губок» можно поместить значительное количество лекарства. Уникальная емкость позволяет загружать антибиотик в объеме, который может превышать массу самой частицы-носителя (в этом исследовании — до 127%).

Наночастицы, насыщенные антибиотиком, вводятся в кровоток, где они обладают уникальным преимуществом — избирательно накапливаются в легких. В экспериментах концентрация препарата в легочной ткани была в 10 раз выше, чем в других органах. Оказавшись в легких, каркас начинает медленно и постепенно высвобождать лекарство, обеспечивая продолжительное лечебное воздействие в месте инфекции.

«Капилляры легких — это самые маленькие сосуды организма, их диаметр составляет около 6-8 микрометров, что меньше диаметра эритроцитов. Для нацеливания на легкие обычно используются частицы около 1000 нанометров, чтобы они задерживались в капиллярах. Однако в одной из предыдущих работ мы обнаружили, что МОКС с железом накапливаются в легких уже за 1-2 цикла кровообращения. Это было неожиданностью, поскольку частицы размером 100-200 нанометров, как правило, задерживаются в печени. В итоге, почти все МОКС концентрируются именно в легких, что вполне может быть обусловлено их структурными и химическими характеристиками», — отметила Ольга Грязнова.

Когда наночастицы попадают в кровоток, иммунная система начинает их атаковать, поглощать и разрушать. Однако МОКС на основе хрома отличаются высокой стабильностью, поэтому в кровеносной системе они не распадаются до тех пор, пока не будут поглощены иммунными клетками в условиях лизосом.

Такое целенаправленное действие увеличивает эффективность лекарства и может позволить снизить общую дозу. Благодаря медленному выбросу, препарат действует продолжительное время, что особенно важно при лечении хронических инфекций; при этом его воздействие на другие органы, такие как печень, сводится к минимуму.

Эффективная целевая терапия сокращает время лечения и лишает бактерий возможности адаптироваться к препаратам.

Эксперименты на клетках и животных подтвердили безопасность и перспективность данного подхода. Это исследование может открыть новые горизонты в создании высокоэффективных антибактериальных средств, способных спасти жизни пациентов с тяжелыми инфекциями легких.

Научный коллектив продолжает изучение процессов доставки МОКС в легкие, их распада и вывода из организма. В аспекте дальнейших исследований рассматривается возможность применения МОКС в онкологии, например, для лечения рака легких.

Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда, и его результаты опубликованы в международном научном журнале Biomedical Materials.

Источник информации: Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ