МОКСимальная эффективность: как доставить антибиотики прямо в легкие

Ученые Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» и Института биоорганической химии РАН разработали систему «контейнерной» доставки антибиотика в легкие. Решение простое и изящное, говорит аспирант Инженерно-физического института биомедицины МИФИ Данила Похоруков.

Легкие любого живого существа оплетены сетью капилляров. Их диаметр настолько мал, что многие попавшие в кровоток частицы в них задерживаются.

«Первая разветвленная сеть капилляров, с которой сталкиваются наночастицы в кровотоке, — легочная система. Кроме того, положительно заряженные аминогруппы на поверхности частиц вызывают тропизм к отрицательно заряженной внутренней стенке сосудов. Другими словами, частицы прилипают к стенке. Вероятнее всего, это и усиливает накопление наночастиц в легких», — рассказывает Данила Похоруков.

В МИФИ придумали, как использовать это явление в медикаментозной терапии туберкулеза, пневмонии и бронхита: нужно поместить антибиотик в «переноску», которая застрянет в легочной системе.

«Мы выбрали металлоорганическую каркасную структуру, МОКС. Ее размер — чуть больше 100 нм. Благодаря достаточно крупным линкерам (органическим кислотам. — «СР») металлические узлы соединяются в очень пористую твердую губку. Площадь поверхности грамма МОКСов равна площади футбольного поля, — говорит Данила Похоруков. — За разработку этого материала в прошлом году была присуждена Нобелевская премия по химии».

Загрузка лекарства не требует сложного оборудования — достаточно несколько часов подержать водный раствор наночастиц и антибиотика при комнатной температуре. Каркасы состоят из ионов хрома и органических молекул. За счет разнообразных молекулярных механизмов ароматические группы лекарства взаимодействуют с ароматическими группами МОКСа и закрепляются в порах наночастиц.

«Простота фабрикации МОКСов — еще один плюс нашей разработки, — продолжает Данила Похоруков. — Конечно, говорить об экономической выгоде мы пока не можем, так как синтезируем наночастицы в лабораторных условиях. Тем не менее в работе не использовались никакие дорогие материалы. Соль металла и рифампицин доступны, процесс синтеза МОКСов требует умеренно высокой температуры 150 °С».

Рифампицин — популярный антибиотик широкого спектра действия. Его молекулы отлично подошли по размеру. «Если бы мы взяли антибиотик с более крупными молекулами, они бы просто сорбировались на внешней стенке МОКСа. Нам же удалось обеспечить более чем 50 %-ю полезную нагрузку системы «наночастица — лекарство»», — отмечает Данила Похоруков.

«Корзинки» с антибиотиком покрывают полиакриловой кислотой, чтобы замедлить высвобождение препарата, — и лекарство готово. По расчетам, после внутривенной инъекции основная масса наночастиц достигнет легких за несколько минут, 35 % препарата высвободится за первые четыре часа.

МОКСы состоят из биосовместимых и безвредных компонентов и выводятся макрофагами иммунной системы — клетками, поглощающими чужеродные или вредные для организма частицы.

«Одна из основных проблем лечения туберкулеза — бактерии могут проникать в макрофаги, прятаться в них от иммунного ответа. Наш препарат доставляет антибиотик и в макрофаги, что поможет бороться с хроническим туберкулезом», — приводит еще одно преимущество Данила Похоруков.

Биораспределение и распад МОКСов испытали на мышах. «Корзинки» показывали высокое накопление в легких и выводились из кровотока. На данном этапе разработки заражать и лечить животных нельзя: нужен особый этический протокол. Его получение — следующий шаг исследования.

Применение МОКСов в медицине открывает путь к разработке новых высокоэффективных форм антибактериальных препаратов против тяжелых легочных инфекций, угрожающих жизни. В ближайшей перспективе ученые рассмотрят возможность внедрить МОКСы в онкологии — для борьбы с раком легких.