Микрочастицы-носители толщиной не толще человеческого волоса могут значительно повысить эффективность ингаляционных препаратов. Такие частицы в ингаляторах с сухим порошком транспортируют действующее вещество и обеспечивают его эффективное попадание в лёгкие при вдыхании. От их формы зависит, насколько хорошо это работает.
Группа учёных под руководством профессора Регины Шерлисс из Кильского университета (CAU) впервые создала крошечные частицы-носители с точно заданной геометрией и использовала их для изучения роли формы частиц в процессе ингаляции. Для этого применялась высокоточная техника трёхмерной печати.
Исследователи обнаружили, что форма частиц существенно влияет на количество вдыхаемого действующего вещества. Из четырёх протестированных вариантов один показал значительно лучшие результаты, чем остальные. Результаты опубликованы в журнале Communications Materials.
Инновационный метод трёхмерной печати позволил массово производить миллионы частиц точно заданной формы. Двухфотонная полимеризация — это процесс, который работает с нанометровым разрешением. Лазер выборочно активирует крошечные точки в материале, которые тут же затвердевают. Благодаря новой технологии печати, недавно разработанной в Технологическом институте Карлсруэ (KIT), теперь можно одновременно производить 49 структур — это важный шаг к ускорению процесса.
Для каждого из четырёх протестированных вариантов команда изготовила более 2 миллионов идентичных частиц. Кроме того, они создали три варианта одной конкретной формы с разным уровнем шероховатости поверхности — от мелкой до грубой. Затем они объединили частицы с модельным лекарством, как в реальных ингаляционных препаратах.
«Чтобы лекарство подействовало, оно должно отделиться от носителя при вдыхании и достичь лёгких с потоком воздуха», — объясняет первый автор исследования Мелвин Востри. «Если оно прилипает, то просто проглатывается и никогда не достигает цели».
Испытания показали, что геометрия частиц-носителей решающим образом влияет на то, сколько действующего вещества высвобождается при ингаляции. «Один из вариантов формы, который мы называем „Pharmacone“, стал явным победителем. Его звездообразная геометрия имеет несколько выступающих кончиков на поверхности», — говорит Шерлисс.
«Доля мелких частиц — то есть часть препарата в диапазоне дыхания ниже 5 микрометров — была в четыре раза выше при такой геометрии, чем при следующем по эффективности варианте», — отмечается в исследовании.
Исследователи предполагают, что характерные выступы в дизайне Pharmacone увеличивают столкновения и вращения между частицами, облегчая отделение препарата. Напротив, шероховатость поверхности не оказала заметного влияния на высвобождение.
Пока эти крошечные носители являются модельными частицами для фундаментальных исследований — они не подходят для ингаляций. Однако исследователи видят большой потенциал для будущего применения. В долгосрочной перспективе такие точно напечатанные структуры могут служить биоразлагаемыми носителями лекарств, непосредственно интегрированными в ингаляторы с сухим порошком.
«Наши результаты показывают, что современные технологии, такие как трёхмерная печать с высоким разрешением, открывают совершенно новые возможности в фармацевтике», — говорит Шерлисс. «Теперь мы можем целенаправленно влиять на поведение лекарств с помощью дизайна — своего рода тонкая настройка в микрометровом масштабе».
Предоставлено Кильским университетом.