Российские ученые создали микроскопические биоразлагаемые капсулы для инъекций антибиотиков
Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) совместно с коллегами из СФУ, Института биофизики СО РАН и Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН упаковали новое антибактериальное соединение в микроскопические капсулы из биоразлагаемого пластика. Достаточно одного укола, чтобы лекарство постепенно выходило в течение 5 суток ровной дозой, без резких скачков и без вреда для организма.
При тяжелых инфекциях пациенту приходится делать уколы антибиотиков каждые 4–6 часов. Это болезненно, травматично и создает опасные нагрузки на печень и почки. Наиболее остро эта проблема стоит с новыми, мощными антибактериальными соединениями, которые особенно токсичны в высоких концентрациях и к тому же быстро выводятся из организма.
В качестве основы для нового антибактериального соединения авторы использовали производные антипирина — известного обезболивающего и жаропонижающего вещества.
«С помощью специальных химических реакций мы присоединили к нему другие активные фрагменты и получили совершенно новую, уникальную структуру. В отличие от исходных производных антипирина, наша молекула способна проникать сквозь защитную оболочку бактериальной клетки и нарушать ее жизненно важные процессы, из-за чего микроб погибает», — рассказал один из авторов исследования, старший преподаватель кафедры «Химические технологии» ПНИПУ Вадим Лядов.
Это позволило получить вещество, которое активно против опасных бактерий, включая золотистый стафилококк — одного из самых распространенных и устойчивых к антибиотикам возбудителей. Кроме того, молекула показала эффективность против грибка Candida, который вызывает не только молочницу, но и тяжелые поражения слизистых рта, пищевода, а у людей с ослабленным иммунитетом — заражение крови и внутренних органов.
Однако в чистом виде такую молекулу использовать нельзя — нужен носитель, который будет отдавать препарат порционно. Для этого ученые разработали микроскопические капсулы из биоразлагаемого полимера. Они работают как контейнеры: стенки защищают лекарство и постепенно выпускают наружу.
«Сам полимер производят природные бактерии, например, некоторые микроорганизмы синтезируют его в своих клетках как запасное питательное вещество, подобно тому как животные накапливают жир. Такое сырье уже сегодня используют в медицине: из него делают саморассасывающиеся хирургические швы и костные имплантаты. Оно полностью совместимо с организмом, не вызывает отторжения и со временем распадается на воду и углекислый газ», — пояснил Вадим Лядов.
Ученые сравнили два способа получения таких частиц. При первом, эмульсионном методе лекарство и полимер соединяли с водой, а затем взбивали в эмульсию — как капли масла в воде, которые не растворяются, а распределяются мелкими шариками. Однако при таком подходе большая часть действующего вещества вымывалась в воду, и в капсулы попадало менее 0,08 % препарата.
Второй способ — распылительная сушка (как при получении сухого молока) — оказался намного эффективнее. Полимер с лекарством растворяли в легкоиспаряющейся жидкости и распыляли в потоке горячего воздуха. Жидкость мгновенно улетучивалась, а полимер и действующее вещество застывали вместе в виде мельчайших шариков. При этом лекарство оставалось внутри, составляя примерно 15 % от массы каждой частицы. Полученные шарики не слипались и хорошо перемещались в растворе.
Чтобы выяснить, как быстро лекарство будет выходить из этих шариков в организме, ученые провели эксперимент.
«Мы поместили частицы в физраствор при температуре человеческого тела и наблюдали, сколько препарата высвобождается наружу с течением времени. Оказалось, что за первые 12 часов из капсул выходит около трети лекарства — эту порцию назвали «шоковой дозой». Она нужна, чтобы мгновенно подавить самую активную фазу инфекции. А затем оставшийся антибиотик медленно сочится наружу на протяжении 120 часов, то есть 5 суток, поддерживая ровный лечебный фон без опасных скачков», — отметил Вадим Лядов.
Результаты проверки показали, что по эффективности новое соединение не уступает лучшим современным антибиотикам, а по некоторым показателям даже превосходит их. При этом у бактерий пока нет устойчивости к новой молекуле. Также исследователи оценили безопасность капсул, испытав их на мышечных клетках и красных кровяных тельцах человека.
«Ни само химическое соединение, ни наши капсулы не нарушили целостность клеточных мембран и не вызвали разрушения эритроцитов. Это критически важно для внутримышечных инъекций», — подчеркнул ученый.
По мнению авторов, высокая антибактериальная активность нового соединения в сочетании с безопасной системой доставки демонстрирует, что разработка может рассматриваться как перспективная основа для создания препаратов пролонгированного действия.