Препарат с тремя активными ингредиентами, которые выпускаются последовательно в определенное время: благодаря работе команды в Техническом университете Мюнхена (TUM) то, что когда-то было мечтой фармаколога, теперь намного ближе к реальности. С помощью комбинации гидрогелей и искусственной ДНК наночастицы могут высвобождаться в последовательности в условиях, аналогичных тем, которые существуют в организме человека.

Для пациентов становится все более распространенным лечение несколькими различными лекарствами. Пациенту часто необходимо принимать их через определенные промежутки времени – ограничение, которое усложняет повседневную жизнь и увеличивает риск пропуска или забвения доз.

Оливер Лилег, профессор биомеханики и член Мюнхенской школы биоинженерии при ТУМ, и кандидат в доктора Черен Кимна в настоящее время разработали процесс, который может служить основой для лекарств, содержащих несколько активных ингредиентов, которые надежно высвобождают их в тело в заранее определенной последовательности в указанное время. «Например, мазь, применяемая для хирургического разреза, может сначала высвободить обезболивающее, затем следует противовоспалительное лекарство, а затем лекарство для уменьшения отека», – объясняет Оливер Лиелег.

Один активный ингредиент за другим

«Мази или кремы, высвобождающие свои активные ингредиенты с задержкой по времени, сами по себе не новы», – говорит Оливер Лиелег. Однако при использовании препаратов, используемых в настоящее время, нет никакой гарантии, что два или более активных ингредиента не попадут в организм одновременно.

Чтобы проверить принцип, лежащий в основе их идеи, Оливер Лилег и Черен Кимна использовали частицы серебра, оксида железа и золота нанометрового размера, заключенные в специальное гелеобразное вещество, известное как гидрогель. Затем они использовали спектроскопический метод для отслеживания выхода частиц из геля. Частицы, отобранные исследователями, имеют сходные характеристики движения в геле с частицами, используемыми для транспортировки реальных активных ингредиентов, но их легче и дешевле в производстве.

Специальным ингредиентом, контролирующим наночастицы, является искусственная ДНК. В природе ДНК является прежде всего носителем генетической информации. Однако исследователи все чаще используют другое свойство: способность фрагментов ДНК комбинироваться с большой точностью, как с точки зрения типов связей, так и их прочности, например, для создания машин в масштабе нанометров.

Каскад ДНК: сжимать и затем высвобождать в нужный момент

Частицы серебра были выпущены первыми. В исходном состоянии частицы были связаны вместе фрагментами ДНК, разработанными Лилегом и Кимной с использованием специального программного обеспечения. Получающиеся кластеры частиц настолько велики, что они не могут двигаться в гидрогеле. Однако при добавлении физиологического раствора они отделяются от ДНК. Теперь они могут двигаться в геле и дрейфовать на поверхность. «Поскольку солевой раствор имеет примерно такую ​​же минерализацию, что и человеческое тело, мы смогли смоделировать условия, при которых активные ингредиенты не будут высвобождаться до тех пор, пока не будет применено лекарство», – объясняет Серен Кимна.

Сетчатая структура ДНК, окружающая частицы оксида железа, состоит из двух типов ДНК: первый имеет один конец, прикрепленный к частицам оксида железа. Второй тип прикреплен к незакрепленным концам первого типа. Эти структуры не подвержены воздействию физиологического раствора. Частицы оксида железа могут высвобождаться только после растворения первых кластеров. Это событие высвобождает не только наночастицы серебра, но и ДНК, что устраняет «ДНК-связь» второго кластера без образования самих соединений. В результате частицы оксида железа могут отделяться. Это высвобождает фрагменты ДНК, которые, в свою очередь, действуют как ключ к третьей комбинации ДНК-наночастиц.

Консистенция мазей делает их наиболее очевидным решением для подхода на основе гидрогеля. Тем не менее, этот принцип также может быть использован в таблетках, которые могут высвобождать несколько эффективных ингредиентов в организме в определенном порядке ",

Оливер Лилег, профессор биомеханики и член Мюнхенской школы биоинженерии при ТУМ