До чего только не дошла наука! Теперь, используя принцип реактивной тяги, позаимствованную у кальмаров, ученые продемонстрировали микроструйную систему, которая доставляет лекарства непосредственно в ткани, не уступая по эффективности традиционным иглам.
В недавнем исследовании, опубликованном в Nature, исследовательская группа под руководством учёных из Массачусетского технологического института и Novo Nordisk изучила новую безыгольную микроструйную систему для доставки лекарств непосредственно в желудочно-кишечный тракт.
Так вот - они вдохновлённые принципом реактивной двигательной системой головоногих моллюсков, разработали устройство для эффективного введения макромолекул, таких как инсулин и рибонуклеиновая кислота (РНК), в желудочно-кишечный тракт с помощью точных струй под высоким давлением. Это потенциально улучшает всасывание лекарств и решает проблемы, связанные с традиционными методами введения препаратов с помощью инъекций.
Для информации:
Сегодня доставка лекарств в виде макромолекул осуществлялась с помощью инъекций, что вызывает такие проблемы, как необходимость в медицинском образовании, риске травм, связанных с использованием игл, и сложность утилизации острых предметов. В последнее время разработка устройств, которые смогут их заменить, стала удобной альтернативой, потенциально повышающей эффективность лечения пациентов.
Современные устройства для перорального приёма лекарств с трудом справляются с эффективной доставкой крупных молекул, таких как белки, из-за их уязвимости перед расщеплением в пищеварительном тракте. Многие такие системы также не достигают уровня биодоступности, сопоставимого с уровнем при подкожных инъекциях.
Кроме того, несмотря на то, что роботизированные и автономные устройства показали некоторую эффективность при самонаправленной доставке лекарств без использования игл, они в значительной степени не изучены для применения в желудочно-кишечном тракте.
Об исследовании
В этом исследовании, вдохновлённом естественными механизмами передвижения головоногих моллюсков, учёные стремились разработать метод для более безопасной и эффективной доставки крупных молекул в ткани желудочно-кишечного тракта. Они разработали и протестировали серию микроструйных устройств.
Было создано четыре конфигурации: две автономные и две версии, совместимые с эндоскопическим контролем. Кроме того, ориентация каждого устройства была оптимизирована для конкретных участков желудочно-кишечного тракта. Радиальные модели были разработаны для работы с трубчатыми структурами, такими как тонкий кишечник, а осевые модели подходили для более обширных участков желудка.
Устройства были впервые апробированы в лабораторных условиях. В ходе этих испытаний исследователи варьировали диаметр сопла, входное давление и угол струи, чтобы определить оптимальные условия для эффективного проникновения в ткани.
В ходе испытаний на животных: на тканях желудочно-кишечного тракта свиней измерялась глубина подачи жидкости и ее распределение в слоях тканей с помощью компьютерной томографии. После этих испытаний исследователи скорректировали давление устройства и размеры сопла, чтобы создавать струи высокого давления, подходящие для различных отделов желудочно-кишечного тракта человека.
Кроме того, в ходе испытаний устройства доставляли терапевтические средства, такие как инсулин, аналоги глюкагоноподобного пептида 1 (GLP-1) и малые РНК, в определённые участки желудочно-кишечного тракта свиней и собак. Впоследствии исследователи регулярно брали образцы крови для контроля.
Результаты
Ученые продемонстрировали, что новое устройство значительно улучшают доставку и биодоступность макромолекул в желудочно-кишечном тракте. Оно обеспечивают высокую системную абсорбцию инсулина, аналогов GLP-1 и малых интерферирующих РНК, сравнимую с подкожными инъекциями.
В частности, оно обеспечило биодоступность GLP-1 в кишечнике свиней на уровне 67%, а в желудке на уровне 82%. Автономные версии устройства продемонстрировали биодоступность инсулина в организме свиней на уровне 31% и 23% соответственно.
Результаты показали, что на биодоступность влияют такие факторы, как угол струи, расстояние до ткани и уровень давления. При угле струи 45° относительно ткани наблюдалось снижение объёмной эффективности доставки на 40%.
Гистологический анализ также подтвердил, что струи доставляли терапевтические вещества глубоко в слои целевых тканей, не вызывая повреждений. Более того, устройства продемонстрировали безопасность и стабильность в ходе испытаний, что позволяет предположить, что такие системы могут эффективно доставлять крупные молекулы.
В целом результаты показали, что новые системы на основе микроструй для доставки лекарств в желудочно-кишечный тракт без использования игл обеспечивают биодоступность, сравнимую с подкожными инъекциями, при этом безопасно и эффективно воздействуя на определённые его участки.
Может быть интересно: