Хороший препарат должен лечить, не причиняя вреда. Однако многое зависит не столько от самого терапевтического вещества, сколько от способа его введения — оно должно точно достигать поражённой области в определённом количестве и в течение достаточно длительного периода времени. Именно так работают маты из полимерных волокон, содержащие антибактериальный метронидазол.
Производство матов
Маты производятся методом электропрядения в Институте ядерной физики Польской академии наук (IFJ PAN) в Кракове, Польша. Исследование [опубликовано](https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcb.5c00873) в журнале The Journal of Physical Chemistry B.
Метронидазол — это препарат, используемый, среди прочего, для лечения инфекций слизистых оболочек кожи, например, при пародонтозе. Однако известно, что он обладает некоторыми вредными свойствами, возникающими при его непреднамеренном распространении в организме пациента, — говорит Эва Юшиньска-Галазка, профессор IFJ PAN.
«Мы поставили перед собой задачу разработать систему доставки молекул метронидазола, которая гарантировала бы его контролируемое и длительное высвобождение в малых количествах именно там, где это необходимо», — говорит профессор Юшиньска-Галазка.
Она подчёркивает, что предложенный метод, заключающийся во введении метронидазола в электропряденные полимерные волокна, в том числе с тщательно подобранными покрытиями, носит универсальный характер и потенциально может быть адаптирован для переноса других терапевтических веществ.
Электропрядение
Электропрядение — это технология производства волокон, которая давно разрабатывается во всём мире. Основную роль играет электростатическое поле, создаваемое высоковольтным генератором между иглой и коллекторной пластиной. Когда игла начинает ламинарно выпускать прядильный раствор, поверхность выталкиваемой жидкости начинает растягиваться и изгибаться.
Одинаковые (положительные) электрические заряды, накопленные на ней, начинают притягиваться, изменяя форму поверхности. Она образует конус (называемый конусом Тейлора) с всё более сужающейся вершиной, которая вытягивается к отрицательно заряженной коллектору. Образующееся волокно опускается по спирали, претерпевая химические превращения, которые упрочняют его (в зависимости от прядильного раствора это может быть испарение растворителя или осаждение полимера).
Для получения физически стабильного многослойного мата необходимо поддерживать постоянные условия окружающей среды (температуру, влажность), а также геометрию системы (фиксированное расстояние игла-коллектор, тип коллектора) на протяжении всего процесса.
Результаты исследований
В ходе исследований в IFJ PAN были получены волокна с однородной структурой и волокна, построенные из полимерной оболочки и полимерного ядра с лекарством. В последнем случае решающую роль во время электропрядения играет коаксиальная игла, которую можно представить как иглу внутри иглы.
В её внешней части, имеющей кольцевое сечение, вводится раствор полимера, выбранного для материала покрытия, а смесь полимера с целевым лекарством направляется в центральную часть, отвечающую за ядро будущего волокна.
«Поскольку сам процесс электропрядения хорошо изучен, а в подходящем, не особенно сложном аппарате он протекает практически спонтанно, подбор полимера или покрытия к характеристикам конкретного лекарства — непростая задача», — объясняет Ольга Адамчик, магистр наук, которая начала свои исследования волокон, содержащих лекарства, под руководством профессора Малгожаты Ясюркowska-Делапорт из IFJ PAN и намерена продолжить их в рамках своей докторской диссертации.
Базовые исследования in vitro на матах с метронидазолом, проведённые с использованием двух типов полимеров, показали, что для обеспечения достаточной площади поверхности для абсорбции и высвобождения инкапсулированного препарата диаметр волокна должен составлять от 0,7 до 1,3 микрометра.
Во время хранения полимерные волокна с лекарством обеспечивают герметичность повязки, а после нанесения они становятся достаточно пористыми в ответ на жидкости в окружающей среде, чтобы начать высвобождать лекарство.
Измерения показывают, что метронидазол, содержащийся в матах, постепенно высвобождается из них в течение нескольких часов. Однако существует дополнительное ограничение по времени: маты можно хранить не более одного месяца перед применением. Важно, что это ограничение связано не с методом доставки лекарства, а со свойствами самого метронидазола, который начинает кристаллизоваться по истечении этого времени.
Маты из полимерного волокна, содержащие метронидазол, производимые в IFJ PAN, имеют размер 2×2 см и форму продукта, потенциально готового для терапевтического применения. Их физические и химические свойства уже хорошо изучены, поэтому дальнейшие этапы исследований потребуют сотрудничества с заинтересованными научными и медицинскими учреждениями.
Предоставлено Польской академией наук.