|
Благодаря новой технологии лекарства не будут портиться при перепадах температур. Учёные создали систему информирования пациента о времени приёма лекарств
|
Ученые из Университета Бата разработали технологию, которая позволит вакцине не портиться при перепаде температур. Исследование поможет детям из отдаленных частей земного шара вовремя получить необходимое лекарство. Новая технология была протестирована на одной вакцине — от столбняка. В дальнейшем группа ученых планирует охватить весь спектр вакцин АКДС (адсорбированная коклюшно-дифтерийно-столбнячная вакцина). Информация опубликована в Scientific Reports.
Вакцины трудно транспортировать в отдаленные или опасные места, так как они портятся при неправильной температуре: составы безопасны, если хранятся в контейнерах, где температура от 2 до 8 °C. В других условиях протеины начинают разрушаться и вакцина становится неэффективной. В результате люди не получают жизненно необходимые прививки.
Ученые нашли способ предотвратить разложение вакцин: молекулы белка заключают в оболочку из диоксида кремния, в таком случае структура вещества остается неповрежденной даже при нагревании до 100 °C. Такую вакцину можно хранить при комнатной температуре до трех лет.
Техника для подгонки вакцины с кремнеземным покрытием, ее еще называют энсилированием, была разработана командой Университета Бата при сотрудничестве с Университетом Ньюкасла. Технологию применили в лабораторных условиях два года назад, теперь она продемонстрировала свою эффективность и в реальном мире.
Исследование проводилось на образцах вакцины против столбняка: их перевозили из Университета Бата в Университет Ньюкасл. Примерное время доставки — сутки или два дня. После транспортировки дозы энцилицированной вакцины ввели мышам. У грызунов запустилась иммунная реакция, это означает, что вакцина активна. У мышей, которым вводили незащищенные дозы вакцины, не было обнаружено иммунного ответа, значит, вакцина была повреждена при транспортировке.
В этом проекте мы сфокусировались на столбняке, вакцина от него является частью вакцины АКДС, которая вводится маленьким детям в трех дозах. После этого мы будем работать над созданием термостойкой вакцины против дифтерии, а затем от коклюша. В конце концов мы хотим создать кремниевую клетку для всей трехвалентной вакцины АКДС, чтобы каждый ребенок в мире мог получать АКДС.
Доктор Асель Сартбаева, глава проекта проекта на химическом факультете Университета Бата
На данный момент до 50% лекарств от общего количества транспортируемых приходит в негодность после транспортировки. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), в 2018 году 19,4 млн детей не получили плановых жизненно важных прививок.
Учёные создали систему информирования пациента о времени приёма лекарств
Учёные разработали систему информирования о необходимости приёма лекарств от туберкулёза, состоящую из сенсора, передающего устройства и приложения на смартфоне. Об этом 4 октября сообщает журнал PLOS Medicine.
Исследователи Университета Калифорнии в Сан-Диего обратили внимание на то, что появление устойчивых к лекарствам микобактерий-возбудителей туберкулёза вызвано несоблюдением времени приёма лекарств. Для решения проблемы они предложили «беспроводную терапию».
Она предполагает, что больной глотает специальный датчик, определяющий концентрацию лекарственного препарата. На теле пациента при этом пластырем крепится небольшое устройство размером с таблетку, которое через Bluetooth принимает сигналы от датчика и передаёт их на смартфон врача. Доктор в свою очередь в реальном времени отслеживает приём пациентом лекарств и указывает ему на необходимость принятия новой дозы препарата.
Ученые отметили, что доля пациентов, лечившихся по данной схеме и вовремя принимающих положенные противотуберкулёзные препараты изониазид и рифампицин, составила 93%. В то время как процент тех, кто не использовали данное устройство, но также вовремя принимали лекарства, составил всего 63%.
По мнению учёных, созданное устройство может спасти миллионы людей в регионах с высоким уровнем распространения туберкулёза и низкой доступности медицины: в Индии и Южной Африке.
Ученые создали новую технологию по созданию «умных» лекарств
Биоинженеры из Великобритании, используя инструмент для редактирования генов CRISPR, создали новую технологию по созданию лекарств, запрограммированных на высвобождение в нужной точке организме, а также новый инструмент диагностики инфекций. Об этом 22 августа сообщает Nature.
Исследователи из Массачусетского технологического института в Кембридже нашли новый способ использования набирающей популярность технологии «генетические ножницы» CRISPR. Учёные взяли так называемые гидрогели ДНК (растворы полимеров, которые удерживаются вместе нитями ДНК). В этот раствор поместили ДНК-фермент CRISPR/Cas12a, который запрограммирован на распознавание определенной последовательности ДНК. После обнаружения нужного фрагмента, фермент разрезает её нить в заданном участке, а затем разрывает отдельные нити ДНК поблизости. В результате гидрогель изменяет форму, а в некоторых случаях, полностью растворяется, освобождая полезную нагрузку, которой может быть, например, лекарство, доставленное таким образом точно к раковой клетке или возбудителю инфекции.
Затем учёные интегрировали управляемые CRISPR гидрогели в электронные схемы. Когда гидрогель встречался с заданным генетическим материалом возбудителя инфекций, ДНК-фермент разрывал цепочки ДНК и электрическая цепь разрывалась. С помощью такого устройства, помещённого в рюкзак, исследователи смогли обнаружить возбудителя лихорадки Эбола, не прибегая к исследованию образцов инфекции в лабораторных условиях.
Ученые создали программируемые микрочастицы для доставки лекарств
Ученые создали программируемые микрочастицы для доставки лекарств. Разработка безопасна для живых тканей, и, кроме адресной доставки медикаментов, позволит проводить диагностику тканей и органов. Работа исследователей из Университета Дьюка опубликована в журнале Nature Communications.
В случае с частицами микроскописеского размера структура, состав и тип материала критически важны для выполнения ими поставленных задач. Хотя ученые уже умеют создавать программируемые микрочастицы, техника их производства сложна и имеет множество недостатков.
Исследователи в своей работе использовали новый подход к производству микрочастиц — с использованием биологических материалов.
Ученые провели эксперименты с эластиноподобными полипептидами (ELP) — неупорядоченными белками, которые не имеют постоянной формы. Этот материал может использоваться для переключения между фазовыми состояниями при определенных температурах.
«Многие исследователи пытаются выяснить, какое биологическое значение могут иметь неупорядоченные белки. Суть нашей работы заключается в том, чтобы вместо этого думать об этих белках как о материале, который мы можем использовать для наших собственных биологических функций способами, которые не могут быть достигнуты с помощью других современных материалов»
Стефан Робертс, ведущий автор исследования
По словам исследователей, способность создавать микрочастицы с точно разделенными областями может быть использована для доставки лекарств и тканевой инженерии.
Российские исследователи научили микробы доставлять лекарства
Российские исследователи научили микробы доставлять лекарства. Штамм сенной палочки, безвредной для человека, сможет точно и безопасно доставлять нанокапсулы с препаратами в различные части тела. Об этом говорится в работе ученых из Института теоретической и экспериментальной биофизики (ИТЭБ) РАН, опубликованном в журнале Nanomaterials.
В последние годы ученые активно ищут средства для адресной доставки лекарств в разные части тела человека для лечения разного рода болезней. Для этого используются лазеры, электромагнитные системы и другие средства, однако ученым пока не удалось создать действительно эффективный метод доставки.
В новой работе исследователи предложили еще одно решение по доставке контейнеров с лекарствами — с помощью бактерий сенной палочки, они как направляют его, так и служат своеобразным замком, который открывается только в нужной среде.
Этого удалось добиться с помощью искусственного погружения бактерий в спячку — при недостатке воды они покрываются твердой оболочкой. В таком состоянии бактерия может существовать практически вечно, пока не попадет в благоприятную среду и не вернется к нормальной жизни.
Попадая в благоприятную среду, инкапсулированные споры прорастают и разрушают оболочку капсулы, не влияя на ее содержимое. Образуются достаточно большие поры, через которые действующее вещество свободно выходит в окружающую среду. Это позволяет создать средство доставки биологически активных веществ в пищеварительную систему с их контролируемым высвобождением в необходимом отделе кишечника.
Сергей Тихоненко, ведущий автор исследования
Реактивные микророботы для доставки лекарств внутри тела испытаны на мышах
Микроскопический робот перемещается по организму и доставляет лекарство прямо к месту, поражённому болезнью. Фантастика? Нет. Такие устройства уже продемонстрировали способность двигаться в пищеварительном тракте подопытных животных. Разработка описана в научной статье, опубликованной в журнале Science Robotics исследователями из США.
Устройства предназначены для борьбы с опухолями кишечника. Их конструкция предельно проста: в ней нет электроники, источников питания и так далее. Каждый такой робот представляет собой шарик из магния диаметром около 20 микрометров. Сверху он покрыт полимером париленом, устойчивым к желудочному соку. Между париленовым слоем и магнием находится слой лекарства. В париленовой "броне" есть отверстие диаметром около двух микрометров. Но до поры до времени оно закрыто слоем парафина, в который залит весь шарик. Подопытных мышей не кормили в течение восьми часов, после чего заставили проглотить порцию микророботов. "Агенты" в результате двигались по опустевшему кишечнику животных, а биологи следили за их движением с помощью специальной техники визуализации – оптоакустической томографии. Как только микророботы достигали нужного участка кишечника, на них светили инфракрасным лазером. Такое излучение хорошо проходит через живые ткани, но интенсивно поглощается магниевыми шариками. Сферы быстро нагревались и расплавляли слой парафина. Здесь-то и приходила пора воспользоваться брешью в париленовой оболочке. Проникая в это отверстие, вода вступала в безопасную для организма химическую реакцию с магнием. В результате образовывались пузырьки газа. Струя из этих пузырьков давала роботу своего рода реактивный двигатель. Разогнавшись, робот сталкивался со стенкой кишечника и прилипал к ней. Париленовая оболочка сминалась и высвобождала лекарство. Со временем весь магний расходовался в химических реакциях, а пустые париленовые оболочки выходили из кишечника естественным путём. Таким образом, в организме животного не оставалось и следа микроробота.
Разумеется, управлять движение таких "реактивных целителей" было бы невозможно. В ходе эксперимента лишь часть из них доносила лекарство точно в назначенное место, остальные разбрасывали его более или менее поблизости. Но такая доставка всё равно была значительно более адресной, чем просто глотание лекарства.
Напомним, что адресная доставка медикаментов внутри тела – заветная мечта врачей. Сегодня принятые пациентом вещества разносятся кровотоком по всему организму, порой вызывая нежелательные побочные эффекты. Из-за этого медики часто вынуждены снижать дозу лекарственного вещества в ущерб его эффективности.
На данном этапе исследователи убедились в том, что микророботы доставляют лекарство в нужную часть организма.
Теперь они планируют выяснить, действительно ли такое лечение поможет подопытным животным. К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о роботе-медузе для плавания внутри тела, а также об устройствах для перемещения стволовых клеток и о четвероногих микророботах для доставки лекарств.
В России создали биоволокно для высвобождения лекарств
Российские ученые разработали смесевые матриксы с длительным высвобождением белка, совместив несовместимые компоненты.
Российские ученые из Федерального научного-клинического центра физико-химической медицины (ФНКЦ ФХМ), Московского физико-технического института (МФТИ) и Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (МГУ) доказали возможность совмещения двух несмешивающихся компонент (полимера и белка) в одном волокне матрикса, полученного методом электроспиннинга, и показали, что белок может пролонгировано высвобождаться из матрикса. Смесевые матриксы, содержащие белок, перспективны в биомедицине в качестве ожоговых и раневых покрытий, тканеинженерных конструкций, матриц для доставки и высвобождения лекарственных средств. Результаты исследований опубликованы в журнале RSC Advances. Работа была поддержана Российским научным фондом.
Электроспиннинг
Матриксы, полученные методом электроспиннинга, состоят из тонких волокон и имеют множество применений: их можно использовать для жидкостной или газовой фильтрации, для культивирования клеток, в качестве сорбентов и каталитических матриц, для создания защитной одежды, раневых антибактериальных покрытий, систем для доставки лекарственных средств, а также имплантируемых тканеинженерных конструкций. Электроспиннинг позволяет создать микро- и нановолокна из полимерного раствора или расплава под действием электростатических сил. К капле прикладывается высокое напряжение (~20 кВ), в результате чего она электризуется и начинает вытягиваться в тонкое волокно, когда сила кулоновского отталкивания превышает силу поверхностного натяжения. Метод электроспиннинга достаточно гибкий: в состав матриксов можно вводить различные компоненты: микро- и наночастицы различной природы, углеродные нанотрубки, флуоресцентные красители, лекарственные и антисептические средства, смеси полимеров и биополимеров. Это позволяет тонко настраивать свойства матриксов для решения конкретной практический задачи.
Белок-полимерные матриксы
Часто в качестве базового элемента матрикса используется полимер-носитель, обеспечивающий стабильное формирование волокон, к которому можно добавить дополнительные компоненты. Для биомедицинских целей используют биодеградируемые и биосовместимые полимеры. Один из наиболее популярных — полилактид (ПЛА), он используется для изготовления биоразлагаемых упаковок, в качестве чернил для 3D-принтеров, также из него изготавливаются хирургические шовные нити и штифты.
Основной недостаток ПЛА для использования в биомедицине — плохая смачиваемость и, как следствие, плохая адгезия клеток. Для того, чтобы решить эту проблему, в состав матриксов вводят белки, поскольку они нетоксичны, гидрофильны, естественным путем выводятся из организма, а также могут выступать как терапевтические препараты.
Авторы работы исследовали смесевые матриксы из ПЛА и белка бычьего сывороточного альбумина (БСА), полученные методом электроспиннинга. БСА — водорастворимый глобулярный белок, ПЛА в воде нерастворим. Авторы обнаружили, что в водной среде белковая компонента выходит из состава матрикса (растворяется) постепенно: в течение недели высвобождается около половины всего содержащегося белка. Этот эффект можно использовать для пролонгированного высвобождения белковых лекарственных средств.
Для возможности предсказания свойств смесевых матриксов ученые исследовали распределение белковой компоненты в их составе. Дело в том, что большинство полимеров между собой плохо смешиваются, то есть в системе «полимер — белок — растворитель» происходит фазовое разделение компонент, и вместо общего раствора образуются два отдельных раствора полимера и белка в одной пробирке. Выбранная исследователями смесь ПЛА и БСА — не исключение. Однако электроспиннинг позволил преодолеть фазовое разделение: ученые показали, что обе компоненты присутствуют в каждом волокне, тремя независимыми методами (флуоресцентной микроскопии, энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX) и спектроскопии комбинационного рассеяния отдельных волокон).
https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2020/RA/C9RA10910BEDX анализ волокон из ПЛА (верхняя строчка), БСА (средняя строчка) и смеси ПЛА-БСА в равных пропорциях (нижняя строчка)
Цветные снимки показывают карты волокон по углероду (зеленый), кислороду (желтый) и азоту (красный). Наличие азота говорит о присутствии белка
«Белок-полимерные смесевые матриксы, полученные электроспиннингом, имеют множество потенциальных применений. С помощью вариации количества белковой компоненты можно «настраивать» время биодеградации всего матрикса. С помощью множества функциональных групп белка можно модифировать поверхность матрикса и «пришивать» к ней различные вещества или использовать матрикс как селективный фильтр. Также можно использовать смесевые матриксы для пролонгированного высвобождения белка, например, в ожоговых и раневых покрытиях», — комментирует Дмитрий Клинов, руководитель лаборатории медицинских нанотехнологий ФНКЦ ФХМ, сотрудник кафедры молекулярной и трансляционной медицины МФТИ.
