Пленка в кишечнике
Используя ферменты, обнаруженные в пищеварительном тракте, инженеры Массачусетского технологического института разработали способ нанесения временного синтетического покрытия на слизистую оболочку тонкой кишки. Методика может быть адаптирована для доставки лекарств, содействия пищеварению или предотвращения всасывания глюкозы и других питательных веществ.
Фрагменты тонкой кишки свиней – обычного (слева) и с полимерным покрытием (справа). Источник: Junwei Li.
В исследовании, проведенном на свиньях, исследователи продемонстрировали, что желудочно-кишечное синтетическое эпителиальное покрытие (gastrointestinal synthetic epithelial lining, GSEL) может использоваться для упрощения доставки лекарств, которые обычно необходимо принимать несколько раз в день. Они также модифицировали GSEL для доставки лактазы – фермента, который помогает людям переваривать молочный сахар лактозу и блокировать всасывание глюкозы, что может предложить новую тактику лечения диабета или ожирения.
GSEL представляет собой полимер из молекул дофамина, который может потребляться в виде жидкости. Как только раствор достигает тонкой кишки, молекулы собираются в полимер в реакции, катализируемой одним из ферментов тонкого кишечника.
Липкие полимеры
Группа начала работу над проектом с целью разработки жидких лекарственных форм, которые могли бы стать более удобной для употребления внутрь альтернативой капсулам и таблеткам, особенно для детей. Их идея заключалась в создании полимерного покрытия для слизистой оболочки кишечника, которое образовывалось бы после проглатывания в виде раствора мономеров – строительных блоков полимеров.
Вдохновленные примером из природы, они начали экспериментировать с полимером под названием полидофамин (ПДА), который является компонентом липкого вещества, выделяемого мидиями, помогающего им цепляться за камни. ПДА состоит из мономеров дофамина.
Исследователи обнаружили, что фермент каталаза помогает молекулам дофамина собираться в полимер ПДА. Каталаза распространена во всем пищеварительном тракте, особенно в верхнем отделе тонкой кишки.
В эксперименте на свиньях исследователи показали, раствор дофамина с небольшим количеством перекиси водорода в тонком кишечнике реагирует с каталазой, которая расщепляет перекись водорода на воду и кислород. Этот кислород помогает молекулам дофамина объединяться в полимер ПДА. В течение нескольких минут образуется тонкая пленка ПДА, покрывающая слизистую оболочку тонкой кишки.
ПДА обладает мукоадгезионными свойствами, то есть GSEL может очень прочно прикрепляться к стенке кишечника.
Исследователи экспериментировали со способами модификации GSEL для различного применения. Они прикрепили к нему фермент бета-галактозидазу (лактазу), и показали, что такое покрытие повысило эффективность переваривания лактозы у свиней примерно в 20 раз.
В другом эксперименте исследователи использовали антигельминтный препарат празиквантел. Обычно его необходимо принимать три раза в день, но в составе GSEL достаточно одного приема, после чего препарат постепенно высвобождается в тонкой кишке. По словам исследователей, данный подход также может быть полезен при лечении антибиотиками, которые нужно вводить более одного раза в день.
Наконец, исследователи показали, что они могут внедрить в GSEL крошечные сшивающие агенты, которые делают покрытие непроницаемым для глюкозы (и, возможно, других молекул). По словам исследователей, это поможет в лечении диабета, ожирения и других нарушений обмена веществ.
Временное покрытие
Исследователи показали, что GSEL держится около 24 часов, после чего оно удаляется вместе с клетками слизистой оболочки кишечника, которая постоянно обновляется. Свиньи получали раствор с помощью эндоскопии, но авторы предполагают разработать для людей питьевую форму.
Несколько предварительных исследований на крысах показали, что раствор дофамина не оказывает вредного воздействия на организм. Безопасность обусловлена тем, что почти все молекулы дофамина становятся частью синтетического покрытия и не проникают в ткани или кровоток. Тем не менее, группа планирует провести дополнительные исследования безопасности, чтобы исключить любые возможные нежелательные эффекты.
Исследователи оценили способность кишечника абсорбировать питательные вещества через 24 часа после приема препарата и не выявили различий между животными, которым было введено GSEL, и животными, не получившими его.
Кроме того, группа обнаружила, что полимерное покрытие способно хорошо прикрепляться к тканям желудочно-кишечного тракта человека.
Статья J.Li el al. Gastrointestinal synthetic epithelial linings опубликована в журнале Science Translational Medicine.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам MIT News: Synthetic coating for the GI tract could deliver drugs or aid in digestion.