Ученые изобрели полимеры для доставки лекарств клеткам

Ученые из технологического университета Джорджии получили полимеры нового типа - продукты их разложения безопасны для человека и окружающей среды.

Новые полимеры, по мнению специалистов, будут использоваться, в основном, в медицине и фармацевтике и смогут обеспечить внутриклеточную доставку нужных медикаментов для лечения раковых заболеваний, воспалительных заболеваний тканей и даже отдельных клеток.

Разработка новых полимеров проводилась профессором Найреном Марти (Niren Murthy) из технологического университета Джорджии совместно с иммунологом Бали Палендраном (Bali Pulendran) из университета Эмори и их коллегами из других университетов, сообщает PhysOrg. Синтез нового типа биодеградирующих материалов не представляет трудностей, а продукты разложения могут свободно транспортироваться через клеточные мембраны, что позволяет использовать полимеры в качестве средств доставки лекарств.

Продукты разложения нового типа биодеградирующих полимеров - обычные пищевые добавки из семейства поликеталов, которые, в свою очередь, уже одобрены FDA для безопасного использования в пищевой промышленности и фармацевтике. В этом главное преимущество новых полимеров перед существующими - продукты разложения полимеров не будут накапливаться в тканях и вызывать их воспалительную реакцию, а будут успешно выводиться через клеточные мембраны с помощью механизмов диффузии.

"Еще 20-30 лет назад мы знали, что при накоплении наночастиц клеткой частицы собираются в зоне с pH равным 5,0, - говорит проф. Марти. - И мы уже давно "приручили" наночастицы, поступающие внутрь животных клеток. Теперь, с появлением новых биодеградирующих материалов, можно использовать наш опыт для решения проблем в области фармацевтики".

Кислотная среда клетки вызывает гидролиз гидрофильных компонент наночастиц поликеталов, что вызывает разрушение полимера. Это полезное свойство биодеградирующих материалов ученые планируют использовать в фармацевтике. Если, например, окружить лекарство капсулой из подобного полимера, то она выпустит лекарство только во внутриклеточной среде с ее низким pH. Таким образом, лекарство в целости попадет в нужные клетки, что является важнейшей особенностью технологии по доставке лекарств (Drug Delivery).

Также при разложении поликеталы не изменяют кислотную среду клетки, что очень важно при длительном использовании подобных препаратов. Ученые планируют в ближайшее время заняться изучением побочных эффектов при длительном воздействии полимерных капсул на организм.

По словам проф. Марти, разработка и синтез новых полимеров - довольно простой процесс. Схема их синтеза широко известна в синтетической химии, это так называемая реакция по замене ацеталов. Ученые воспользовались этой реакцией для синтеза новых полимеров и использовали в ней молекулу с двумя спиртовыми основаниями вместо одного.

"Самое интересное, что мы можем настраивать как механические свойства нанокапсул, так и время их разложения благодаря контролированию их синтеза - изменяя состав спиртов в реакции. Получается набор различных по действию полимеров. Так, например, для лечения острой печеночной недостаточности лекарство должно поступить в клетки в течение одного-двух дней. А при заболевании артритом это время колеблется от месяца до двух, - комментирует проф. Марти. - Одна из самых распространенных проблем при лечении пациентов с помощью нанокапсул-повозок, состоящих из полиэстеров заключается в накоплении продуктов их распада в клетках, так как деградация происходит в течение месяца. А поликеталовые полимеры разлагаются в течение недели, что способствует их быстрому выходу из тела пациента".

Ученые надеются детально исследовать поликеталы в клинических тестах, которые будут продолжаться около 5 лет. Опыты на животных уже принесли положительные результаты: мыши с острой печеночной недостаточностью были подвергнуты инъекциям поликеталов с фальшивым "грузом" медикаментов, и нанокапсулы доставили их непосредственно к клеткам печени.

В качестве "начинки" нано-грузовиков для лечения острой печеночной недостаточности ученые планируют использовать антиоксиданты. У пациентов, больных этим заболеванием, клетки печени перестают функционировать из-за продуцирования активных кислородсодержащих веществ макрофагами. Лечение этого заболевания состоит в доставке энзима супероксида дисмутазы, который эффективно снижает активность и токсичные свойства супероксидов.

Другое применение полимерных нанокапсул - в доставке любых протеин-содержащих лекарств, что может помочь в борьбе с сахарным диабетом 1 типа. Лекарства будут доставляться постепенно, что позволит произвести терапию, скажем, раз в месяц, вместо того чтобы делать частые инъекции инсулина.

В середине 2005 года ученые успешно запатентовали свое открытие нового семейства полимерных поликеталов в качестве оболочек для доставки лекарств. Еще ранее, в 2001 году, проф. Марти указывал на возможность использования поликеталов для производства фоторезистов, но это направление исследований еще не до конца изучено учеными. В настоящее время проф. Марти и его коллеги обсуждают возможность создания биомедицинской компании, специализирующейся на биодеградирующих наноматериалах на основе поликеталов.