Исследователи из Кембриджского университета разработали полимерный материал, подобный хрящевой ткани, который способен высвобождать противовоспалительные препараты внутри организма в ответ на усиление воспаления в суставе. Согласно исследованию, опубликованному в Journal of the American Chemical Society, материал реагирует на незначительные изменения кислотности, происходящие во время воспаления, размягчаясь и высвобождая свое терапевтическое содержимое в месте воспаления. Эта новая методика может изменить подход к лечению воспалительных заболеваний, таких как артрит, в будущем.
Артрит поражает около полумиллиарда человек во всем мире, что составляет примерно 21% взрослого населения. Современные методы лечения в значительной степени ориентированы на системное введение нестероидных противовоспалительных препаратов (НПВП) или кортикостероидов. Оба класса лекарств имеют ряд побочных эффектов: боль в желудке, язвы и повреждение почек от НПВП; и увеличение веса, остеопороз и высокий уровень сахара в крови, среди прочего, от кортикостероидов. Новый материал, разработанный командой из Кембриджа, может предоставить столь необходимую альтернативу, способную доставлять противовоспалительные препараты только тогда и там, где это необходимо.
Для создания этого нового материала, подобного хрящу, исследователи использовали кукурбит[n]урил (CB[n]), который широко применяется в ряде материалов, включая супрамолекулярные олигомеры, полимеры, гидрогели, функциональные интерфейсы и молекулярные сепараторы. Взаимодействия «хозяин-гость» CB[n] могут быть спроектированы таким образом, что эти комплексы реагируют на внешние стимулы. В случае этого нового материала он был специально разработан для реакции в физиологическом диапазоне pH 4,5–7,5, где локальный ацидоз может указывать на воспаление или повреждение ткани.
Ключевым механизмом, лежащим в основе поведения материала, является чувствительный к pH процесс «кинетического блокирования». При нормальном pH молекулы-гости могут скользить внутрь и наружу колец CB[7] или CB[8] (хозяев), но по мере снижения pH карбоксильная группа приобретает отрицательный заряд, который отталкивает портал хозяина, выстланный карбонильными группами, фиксируя молекулу-гостя на месте и изменяя сшитую структуру полимера.
Исследование основано на предыдущих работах, которые показали, что локальные изменения pH являются надежными биомаркерами воспаления, особенно при артрите. «Мы предположили, что кинетическое блокирование комплексов «хозяин-гость» может быть достигнуто в соответствии с этим узким диапазоном pH, что предлагает потенциал для создания быстрых, обратимых и чувствительных материалов, реагирующих на стимулы», — написали исследователи.
Другие исследователи пытались создать доставку лекарств, запускаемую изменениями pH, с использованием наночастиц или химических связей, реагирующих на определенные кислотные условия. Но эти попытки столкнулись с проблемами в отношении обратимости высвобождения лекарства, ограниченного контроля над распадом и реактивности только в узких диапазонах pH. Механизм кинетического блокирования, разработанный командой из Кембриджа, устраняет эти ограничения, предоставляя настраиваемую, стабильную и обратимую систему. Чтобы понять, как материал, подобный хрящу, высвобождает свое содержимое, команда использовала небольшую молекулу красителя для имитации поведения лекарства. При компрессионном напряжении материал высвобождал на 32% больше красителя при pH 5,5 (условия артрита), чем при pH 7,5 (здоровые условия), в течение трех часов.
Следующими шагами будут испытания материала in vivo для оценки биосовместимости, безопасности и эффективности. В случае успеха в дальнейших испытаниях материал может стать новой платформой для саморегулируемой доставки лекарств, уменьшая системное воздействие при долгосрочном лечении заболеваний. Благодаря этому его в конечном итоге можно будет использовать не только для доставки лекарств от артрита, но и для терапии рака и других хронических воспалительных заболеваний.
Артрит поражает около полумиллиарда человек во всем мире, что составляет примерно 21% взрослого населения. Современные методы лечения в значительной степени ориентированы на системное введение нестероидных противовоспалительных препаратов (НПВП) или кортикостероидов. Оба класса лекарств имеют ряд побочных эффектов: боль в желудке, язвы и повреждение почек от НПВП; и увеличение веса, остеопороз и высокий уровень сахара в крови, среди прочего, от кортикостероидов. Новый материал, разработанный командой из Кембриджа, может предоставить столь необходимую альтернативу, способную доставлять противовоспалительные препараты только тогда и там, где это необходимо.
Для создания этого нового материала, подобного хрящу, исследователи использовали кукурбит[n]урил (CB[n]), который широко применяется в ряде материалов, включая супрамолекулярные олигомеры, полимеры, гидрогели, функциональные интерфейсы и молекулярные сепараторы. Взаимодействия «хозяин-гость» CB[n] могут быть спроектированы таким образом, что эти комплексы реагируют на внешние стимулы. В случае этого нового материала он был специально разработан для реакции в физиологическом диапазоне pH 4,5–7,5, где локальный ацидоз может указывать на воспаление или повреждение ткани.
Ключевым механизмом, лежащим в основе поведения материала, является чувствительный к pH процесс «кинетического блокирования». При нормальном pH молекулы-гости могут скользить внутрь и наружу колец CB[7] или CB[8] (хозяев), но по мере снижения pH карбоксильная группа приобретает отрицательный заряд, который отталкивает портал хозяина, выстланный карбонильными группами, фиксируя молекулу-гостя на месте и изменяя сшитую структуру полимера.
Исследование основано на предыдущих работах, которые показали, что локальные изменения pH являются надежными биомаркерами воспаления, особенно при артрите. «Мы предположили, что кинетическое блокирование комплексов «хозяин-гость» может быть достигнуто в соответствии с этим узким диапазоном pH, что предлагает потенциал для создания быстрых, обратимых и чувствительных материалов, реагирующих на стимулы», — написали исследователи.
Другие исследователи пытались создать доставку лекарств, запускаемую изменениями pH, с использованием наночастиц или химических связей, реагирующих на определенные кислотные условия. Но эти попытки столкнулись с проблемами в отношении обратимости высвобождения лекарства, ограниченного контроля над распадом и реактивности только в узких диапазонах pH. Механизм кинетического блокирования, разработанный командой из Кембриджа, устраняет эти ограничения, предоставляя настраиваемую, стабильную и обратимую систему. Чтобы понять, как материал, подобный хрящу, высвобождает свое содержимое, команда использовала небольшую молекулу красителя для имитации поведения лекарства. При компрессионном напряжении материал высвобождал на 32% больше красителя при pH 5,5 (условия артрита), чем при pH 7,5 (здоровые условия), в течение трех часов.
Следующими шагами будут испытания материала in vivo для оценки биосовместимости, безопасности и эффективности. В случае успеха в дальнейших испытаниях материал может стать новой платформой для саморегулируемой доставки лекарств, уменьшая системное воздействие при долгосрочном лечении заболеваний. Благодаря этому его в конечном итоге можно будет использовать не только для доставки лекарств от артрита, но и для терапии рака и других хронических воспалительных заболеваний.
