Ученые из Санкт-Петербурга создали систему адресной доставки лекарств с помощью частиц карбоната кальция, которую можно использовать в том числе для борьбы с устойчивыми к антибиотикам бактериям.

Результаты исследования опубликованы в журнале Chemical Communications.

Карбонат кальция — простое и хорошо известное вещество. Оно входит в состав мела, известняка, мрамора, морских раковин, яичной скорлупы и многих пищевых добавок, под именем Е170 оно зарегистрировано как белый пищевой краситель.

Исследователи из Химико-биологического кластера Университета ИТМО разработали на его основе полые частицы-носители для доставки лекарственных препаратов, по форме напоминающие бактерии кишечной палочки Escherichia coli.

По мнению ученых, такие носители будут восприниматься патогенами как собственные клетки, встраиваться в бактериальные биопленки и контролируемо высвобождать терапевтическое средство, когда это необходимо.

«Мы разрабатываем материал под конкретную задачу, а именно — для борьбы с бактериальными инфекциями, — приводятся в пресс-релизе слова первого автора статьи, аспиранта Никиты Серова. — Карбонат кальция — материал очень доступный и дешевый, по нему много экспериментальных данных.

При этом он биосовместимый. Если мы вспомним, какие элементы у нас представлены в крови и других биологических жидкостях, то увидим, что кальций является одним из наиболее представленных ионов: он участвует в передаче нервных импульсов, в сокращении мышц. В то же время карбонат-ионы, которые получаются при взаимодействии воды с растворенным углекислым газом, при контакте с ионами кальция дают уже знакомый нам материал.

По этой причине карбонат кальция нашему организму знаком, и очень давно».

Но, для создания носителя антибиотика или другого препарата одной биосовместимости мало, отмечают ученые. Важно, чтобы лекарственное вещество надежно удерживалось в нем пока не достигнет цели, и легко «выгружалось», прибыв к месту назначения. При этом в крови человека частицам-носителям придется столкнуться с иммунными клетками, которые постараются избавиться от инородного объекта, попавшего в организм.

Разработчики проанализировали эти взаимодействия и постарались придать носителю оптимальные размер и форму.

«Во множестве работ показано, что форма объекта определяет, как на него среагируют иммунные клетки, — отмечает Серов. — Чтобы иммунные клетки успешно атаковали объект, им нужно его обхватить. У нашего объекта очень большая поверхность, которая не позволяет им это сделать. В результате иммунный ответ становится слабее, что позволяет избежать разрушения капсулы или побочных эффектов».

Микрокапсула имеет размер приблизительно 5 микрометров в длину и форму, схожую с формой бактерий. Это позволяет ей свободно циркулировать по кровеносным сосудам к очагу инфекции, защищая антибиотик под сравнительно толстой оболочкой из карбоната кальция. Однако, прибыв к месту воспаления, капсула быстро начинает работать.

Дело в том, что многие бактерии в результате жизнедеятельности создают вокруг себя кислую среду. Карбонат кальция при повышенной кислотности начинает быстро разрушаться, высвобождая лекарство.

«У наших частиц достаточно немного растворить стенку, и содержимое выходит оттуда моментально, создавая большие локальные концентрации терапевтического вещества, в то время как обычно такие конструкции должны полностью раствориться, чтобы вышло все лекарство», — добавляет Серов.

Пока эксперименты с доставкой антибиотиков проведены в пробирках. Эффективность вещества проверяли на живых бактериях. Как отмечают ученые, это только первый этап работ. В будущем они планируют разработать капсулу для адресной доставки противобактериального вещества, не содержащего собственно антибиотика.

«Так как постоянно появляются устойчивые к антибиотикам штаммы, от антибиотиков желательно уходить, — объясняет ученый. — Есть молекулы, которые мешают бактериям „общаться” друг с другом. Нарушая это „общение”, они не дают бактериям образовывать биопленки, которые являются основной проблемой в месте воспаления. Их мы и планируем использовать в будущем».

Сейчас исследования продолжаются. В частности, ученые пытаются создать специальное покрытие, которое позволит капсуле избирательно прилипать к бактериям и более активно накапливаться в образуемых ими колониях — биопленках, борьба с которыми и является одной из основных целей ученых.

Авторы считают, что если доставить в биопленку вещество, которое не позволит ей расти, после завершения жизненного цикла уже существующих бактерий это приведет к выздоровлению.

Читайте также: «Назначить идиотов во власть и дать воду в Крым»: экс-глава АП рассказал о секретном договоре между Россией и Украиной