Для быстрой и эффективной неинвазивной доставки лекарств в организм пациента ученые создали сухой назальный спрей на основе аэрогеля. В основе технологии — получение микрочастиц аэрогеля из хитозана и белка. Спреи успешно прошли стадию предварительных доклинических исследований на грызунах. Над исследованием работали сотрудники подведомственного Минобрнауки России Российского химико-технологического университета имени Д. И. Менделеева (РХТУ) при участии коллег из Национального медицинского исследовательского центра (НМИЦ) психиатрии и наркологии имени В. П. Сербского.
Для быстрой и эффективной неинвазивной доставки лекарств в организм пациента ученые создали сухой назальный спрей на основе аэрогеля. В основе технологии — получение микрочастиц аэрогеля из хитозана и белка. Спреи успешно прошли стадию предварительных доклинических исследований на грызунах. Над исследованием работали сотрудники подведомственного Минобрнауки России Российского химико-технологического университета имени Д. И. Менделеева (РХТУ) при участии коллег из Национального медицинского исследовательского центра (НМИЦ) психиатрии и наркологии имени В. П. Сербского.
Аэрогель — самый легкий материал на планете, известный также как «твердый воздух». Аэрогели — класс материалов, представляющих собой гель, в котором жидкая фаза полностью замещена газообразной. Это высокопористые структурированные наноматериалы, внутренние пустоты которых заполнены газом. Они обладают низкой плотностью 0,003–0,15 кг/м3, открытой пористой структурой (до 99%), высокой удельной площадью поверхности (500–1000 м2/г) и узким распределением пор по размерам в диапазоне 2–50 нм. Получают их методом сверхкритической сушки исходного геля при давлении и температуре выше критических, когда исчезает разница между газовой и жидкой фазами.
Благодаря необычному сочетанию свойств (низкая плотность и теплопроводность, а также одновременно высокая твердость и прозрачность) аэрогели применяют для получения тепло- и звукоизоляционных материалов, сорбентов, клеточных матриксов, накопителей энергии, катализаторов и высокоэффективных средств доставки лекарственных средств.
«В рамках проекта "Нанобиотехнологии для лечения и диагностики социально значимых заболеваний" в РХТУ впервые в мире создан первый сухой назальный спрей на основе аэрогеля. Мы разработали технологию по получению микрочастиц аэрогелей на основе хитозана и яичного белка, которые обладают необходимым аэродинамическим диаметром 50–100 мкм, внедрили в них активное вещество и таким образом получили сухой назальный спрей. При распылении в чистом виде, без аэрогеля, лекарство не попадает на обонятельную область, а улетает в легкие или гортань. С аэрогелем лекарство легко достигает цели — быстро проникает в головной мозг по обонятельным нейронам и начинает действовать незамедлительно. Благодаря назальному пути введения лекарства снижается нагрузка на печень, почки и желудок, минимизируются побочные эффекты от приема медицинских препаратов. С помощью таких спреев существует возможность лечить депрессию, бессонницу, последствия инсульта, эпилепсию, мигрени и многое другое. Мы рады, что первыми разработали сухой назальный спрей, который позволит быстро, безболезненно и своевременно оказывать помощь пациентам», — сообщила младший научный сотрудник кафедры химического и фармацевтического инжиниринга РХТУ имени Д. И. Менделеева Мария Мочалова.
Полученные микрочастицы геля были подготовлены к сушке и высушены в среде сверхкритического флюида в аппарате высокого давления собственной конструкции. Однако внедрение активных веществ в аэрогель оказалось непростой задачей. В результате коллективу удалось разработать пять различных способов по внедрению активных веществ в аэрогели (в зависимости от природы, растворимости и стабильности активных веществ). Также исследователи научились делать сухие назальные спреи с необходимой дозировкой и с большим перечнем активных веществ.
В ходе научной работы исследователи столкнулись с еще одной проблемой: в мире не существовало дозаторов сухих назальных спреев для крыс. Ученые разработали модель дозатора и напечатали его на 3D-принтере. Результаты проведенных исследований показали, что уже через десять минут после введения сухого назального спрея из аэрогеля активное вещество достигло фронтальной коры и гиппокампа животных, что подтвердило эффективность как способа введения, так и самого аэрогеля как матрицы-носителя.
По итогам поведенческих тестов ученые убедились, что после лечения сухим назальным спреем на основе аэрогеля у животных в депрессивном состоянии улучшились когнитивные способности и снизился уровень тревожности.
По словам авторов, на предварительные доклинические испытания ушло около года и теперь в их планах проведение дополнительных исследований на обезьянах или собаках, чья носовая полость анатомически схожа с человеческой. Затем новые спреи пройдут доклинические и клинические испытания. Ученые уверены, что после таких испытаний перенос технологии из лаборатории в промышленность займет от одного до трех лет.
«Интересна разработка таких систем доставки, в которых препараты находятся не в жидком виде, а в виде сухих назальных спреев, которые легче хранить, которые не боятся транспортировки при морозах и нагреве. Назальные спреи являются новым перспективным фармацевтическим продуктом. Сегодня им уделяется большое внимание, потому что с их помощью возможна прямая доставка в мозг, что подтвердили проведенные нами исследования на крысах. В мозге концентрация вещества достаточно быстро достигает своего максимума, в то время как в крови наблюдается среднее значение. Мы считаем, что в ближайшее время будет уделяться большое внимание разработке назальных спреев для предотвращения и лечения в первые часы инсультов, будут использоваться антибиотики и противовирусные препараты в качестве назальных спреев, которые помогут бороться с различными инфекциями в носовой полости и в мозге. Будут использоваться назальные спреи для лечения болезни Альцгеймера, депрессии и разного рода нервных расстройств», — сказала доктор технических наук, профессор, заведующая кафедры химического и фармацевтического инжиниринга РХТУ имени Д. И. Менделеева Наталья Меньшутина.
Работа прошла при финансовой поддержке Минобрнауки России, ее результаты опубликованы в одном из международных научных изданий.
