Синтетическое покрытие желудочно-кишечного тракта может доставлять лекарства или способствовать пищеварению
Кишечная ткань свиней. Левая панель без покрытия и правая панель с покрытием GSEL. Предоставлено: Цзюньвэй Ли.

Используя ферменты, содержащиеся в пищеварительном тракте, инженеры Массачусетского технологического института разработали способ нанесения временного синтетического покрытия на слизистую оболочку тонкой кишки. Это покрытие может быть адаптировано для доставки лекарств, содействия пищеварению или предотвращения всасывания питательных веществ, таких как глюкоза.

В исследовании, проведенном на свиньях, исследователи продемонстрировали, что они могут использовать этот подход для упрощения доставки лекарств, которые обычно необходимо принимать несколько раз в день. Они также модифицировали покрытия для доставки фермента лактазы, который помогает людям переваривать молочный сахар лактозу и блокировать всасывание глюкозы, что может предложить новую стратегию лечения диабета или ожирения.

«Эти три приложения довольно разные, но они дают представление о широком спектре вещей, которые можно сделать с помощью этого подхода», — говорит Джованни Траверсо, доцент кафедры машиностроения Массачусетского технологического института, гастроэнтеролог из больницы Бригама и женщин. и старший автор исследования.

Подкладка состоит из полимера, состоящего из молекул дофамина, который может потребляться в виде жидкости. Когда раствор достигает тонкой кишки, молекулы собираются в полимер в реакции, катализируемой ферментом, обнаруженным в тонком кишечнике.

Джунвэй Ли, постдоктор Института интегративных исследований рака Массачусетского технологического института им. Коха, является ведущим автором исследования, опубликованного в журнале Science Translational Medicine.

Синтетическое покрытие желудочно-кишечного тракта может доставлять лекарства или способствовать пищеварению
Докторант Цзюньвэй Ли, ведущий автор исследования, держит в руках образец капсулы, содержащей их фермент. Предоставлено: Мелани Гоник/MIT.

Липкие полимеры

Команда Массачусетского технологического института начала работу над этим проектом с целью разработки жидких лекарственных форм, которые могли бы предложить более легкую для проглатывания альтернативу капсулам, особенно для детей. Их идея заключалась в создании полимерного покрытия для слизистой оболочки кишечника, которое после проглатывания образовывалось бы в виде раствора мономеров (строительных блоков полимеров).

«Дети часто не могут принимать твердые лекарственные формы, такие как капсулы и таблетки», — говорит Траверсо. «Мы начали думать о том, можем ли мы разработать жидкие составы, которые могли бы образовывать синтетическую эпителиальную выстилку, которую затем можно было бы использовать для доставки лекарств, что облегчило бы прием лекарства пациентом».

Они черпали вдохновение в природе и начали экспериментировать с полимером под названием полидофамин (PDA), который является компонентом липкого вещества, выделяемого мидиями, помогающего им цепляться за камни. КПК состоит из мономеров дофамина — того же химического вещества, которое действует как нейротрансмиттер в головном мозге.

Исследователи обнаружили, что фермент под названием каталаза может помочь собрать молекулы дофамина в полимер КПК. Каталаза содержится во всех частях пищеварительного тракта, особенно в верхнем отделе тонкой кишки.

Синтетическое покрытие было стабильным и оставалось прикрепленным к части тонкой кишки при перемешивании. Фото: Дж. Ли и др., Научная трансляционная медицина (2020).

В исследовании, проведенном на свиньях, исследователи показали, что если они доставляют дофамин в жидком растворе вместе с небольшим количеством перекиси водорода (на уровне, признанном безопасным), каталаза в тонком кишечнике расщепляет перекись водорода. в воду и кислород. Этот кислород помогает молекулам дофамина объединяться в полимер PDA. В течение нескольких минут образуется тонкая пленка КПК, покрывающая слизистую оболочку тонкой кишки.

«Эти полимеры обладают мукоадгезионными свойствами, что означает, что после полимеризации полимер может очень прочно прикрепляться к стенке кишечника», — говорит Ли. «Таким образом, мы можем создавать синтетические эпителиальные покрытия на исходной поверхности кишечника».

После того, как исследователи разработали покрытие, они начали экспериментировать со способами его модификации для различных областей применения. Они показали, что могут прикреплять к пленке фермент, называемый бета-галактозидазой (лактазой), и что эта пленка может затем помочь в переваривании лактозы. У свиней это покрытие повысило эффективность переваривания лактозы примерно в 20 раз.

Для другого приложения исследователи использовали лекарство под названием празиквантел, которое используется для лечения шистосомоза — тропического заболевания, вызываемого паразитическими червями. Обычно это лекарство следует принимать три раза в день, но, используя эту формулировку, его можно вводить только один раз в день и постепенно высвобождать в течение дня. По словам исследователей, этот подход также может быть полезен для антибиотиков, которые нужно вводить чаще, чем один раз в день.

Наконец, исследователи показали, что они могут внедрить в полимер крошечные сшивающие агенты, которые делают покрытие непроницаемым для глюкозы (и, возможно, других молекул). По словам исследователей, это может помочь в лечении диабета, ожирения или других нарушений обмена веществ.

Видео с описанием работы и применения поддерживаемых синтетических эпителиальных покрытий желудочно-кишечного тракта. Предоставлено: Джанкарло Траверсо.

Временное покрытие

В этом исследовании исследователи показали, что покрытие держится около 24 часов, после чего оно удаляется вместе с клетками, составляющими слизистую оболочку кишечника, которая постоянно обновляется. Для своих исследований на свиньях исследователи предложили решение с помощью эндоскопии, но они предполагают разработать питьевую формулу для использования человеком. Исследователи также разрабатывают другие альтернативные составы, включая капсулы и пилюли.

Исследователи провели предварительные исследования безопасности на крысах и обнаружили, что раствор дофамина не оказывает вредного воздействия. Их исследования также показали, что большинство или все молекулы дофамина становятся частью синтетического покрытия и не попадают в ткани или кровоток, но команда планирует провести дополнительные исследования безопасности, чтобы изучить любые возможные эффекты дофамина.

Кроме того, исследователи исследовали способность кишечника абсорбировать питательные вещества через 24 часа и не выявили разницы между животными, которым была введена синтетическая эпителиальная выстилка желудочно-кишечного тракта (GSEL), и животными, не получавшими GSEL.

Кроме того, команда обнаружила, что покрытие способно хорошо прилипать к тканям желудочно-кишечного тракта человека ./p>




Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *