Бактериальные инфекции лёгких — пневмония, туберкулёз, бронхит — остаются грозными заболеваниями. Основное лечение — антибиотики. Но у них есть серьёзные недостатки. При обычном приёме таблеток или уколов лекарство разносится по всему организму, а в самих лёгких его концентрация может быть недостаточной. Чтобы побороть инфекцию, приходится увеличивать дозу или продлевать курс. Это ведёт к побочным эффектам (например, токсичность для печени) и, что самое опасное, — к развитию у бактерий устойчивости к антибиотикам. Микробы «учатся» противостоять лекарствам, и лечить инфекции становится всё сложнее. Важной проблемой современной медицины и фармакологии является разработка методов адресной доставки лекарств в больные органы. Один из таких методов предложили ученые Инженерно-физического института биомедицины НИЯУ МИФИ совместно с коллегами из других научных организаций. Среди авторов данной разработки – профессор кафедры НИЯУ МИФИ Сергей Деев, студент НИЯУ МИФИ Данила Похоруков и выпускница МИФИ, сотрудница лаборатории молекулярной иммунологии ИБХ РАН Ольга Грязнова.
Исследователи предложили использовать для доставки антибиотика рифампицина особые наноматериалы — металло-органические каркасы (МОКС). Можно представить их как микроскопические «конструкторы» или «губки» с невероятно высокой пористостью.
Их «скелет» сделан из ионов металла (в данном случае — хрома), а «перекладины» — из органических молекул-линкеров.
В многочисленные поры этих нано-губок можно «загрузить» большое количество лекарства. Удивительно, но ёмкость такова, что массовая доля антибиотика может даже превышать массу самой частицы-носителя (в данном исследовании — до 127%).
Наночастицы, нагруженные антибиотиком, вводятся в кровь. Их ключевое преимущество — они избирательно накапливаются именно в лёгких. В эксперименте концентрация в лёгочной ткани была в 10 раз выше, чем в других органах. Попав в цель, каркас начинает медленно и постепенно высвобождать лекарство, обеспечивая длительное лечебное воздействие прямо в очаге инфекции.
"Капилляры легких - самые маленькие сосуды организма, около 6-8 микрометров в диаметре, они меньше эритроцитов, которые переносят кислород по организму. Для нацеливания на легкие обычно используются частицы около 1 000 нанометров, чтобы они задерживались в капиллярах. Но в одной из наших прошлых работ мы обнаружили, что похожие частицы МОКС, в составе которых было железо, а не хром, накапливаются в легких, причем за 1-2 цикла кровообращения, что очень быстро. Мы не ожидали этого: обычно частицы размером 100-200 нанометров в основном накапливаются в печени. Оказалось, что все частицы МОКС накапливаются в основном в легких, что, скорее всего, продиктовано их структурой и химией", - рассказала Ольга Грязнова.
Попав в цель, каркас начинает медленно и постепенно высвобождать лекарство, обеспечивая длительное лечебное воздействие прямо в очаге инфекции. При попадании наночастиц в кровоток, иммунная система начинает атаковать их, поглощать и разрушать. МОКС на основе хрома - одни из самых стабильных, поэтому в кровотоке они не разрушаются. Разрушение частиц должно происходить уже после поглощения их иммунными клетками в кислых условиях лизосом.
В результате лекарство работает именно там, где нужно, что повышает его силу и может снизить общую необходимую дозу. Медленное высвобождение позволяет лекарству работать долго, что особенно важно для лечения хронических инфекций, а так как лекарство концентрируется в лёгких, его негативное влияние на другие органы (например, печень) минимизируется.
Эффективная прицельная терапия сокращает сроки лечения и не даёт бактериям шанса приспособиться.
Проведённые эксперименты на клетках и животных показали перспективность и безопасность подхода. Это фундаментальное исследование открывает путь к разработке новых, высокоэффективных форм антибактериальных препаратов, которые смогут спасать жизни пациентов с тяжёлыми лёгочными инфекциями.
Научный коллектив продолжает изучение механизмов попадания МОКС в легкие, их разрушения и вывода из организма. Исследование открывает путь к разработке новых, высокоэффективных форм антибактериальных препаратов, которые смогут спасать жизни пациентов с тяжелыми легочными инфекциями. В ближайшей перспективе рассматривается возможность использования МОКС также в онкологии, для борьбы с раком легких.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда. Результаты исследования опубликованы в международном научном журнале Biomedical Materials.