Преодоление трудностей при приёме лекарств
Своевременный приём лекарств в нужной дозе и в течение предписанного времени может быть сложной задачей для пациентов. По некоторым оценкам, в одних только Соединённых Штатах это приводит к 10% госпитализаций и миллиардным расходам, которых можно было бы избежать.
Команда учёных из Университета Райса разработала новую платформу для доставки лекарств, которая может упростить выполнение терапевтического режима и повысить эффективность лекарств.
Описание исследования
Исследование, [опубликованное](https://www.nature.com/articles/s41565-025-01981-6) в Nature Nanotechnology, представляет пептидный гидрогель, который функционирует как трёхмерная сеть, контролирующая скорость высвобождения различных типов лекарств, включая низкомолекулярные препараты и биологические препараты, такие как инсулин и антитела.
Система, получившая название самособирающийся боронатный сложный эфир для высвобождения (SABER), использует обратимые химические связи между двумя химическими группами — одной, расположенной на пептиде, и другой — на молекуле лекарства, — чтобы значительно продлить время высвобождения лекарства.
В одном из экспериментов исследователи ввели препарат для лечения туберкулёза в гидрогель и использовали его для лечения инфицированных мышей. Однократная инъекция гидрогеля с лекарством оказалась эффективнее почти ежедневного перорального приёма препарата в течение двух недель.
В другом наборе экспериментов инсулин, упакованный в гидрогели SABER, успешно контролировал уровень сахара в крови у диабетических мышей в течение шести дней. Для сравнения: лечение животных максимальной переносимой дозой инсулина, вводимой традиционным способом, гарантировало контроль уровня сахара в крови только в течение четырёх часов.
Потенциал платформы SABER
Платформа SABER может улучшить приверженность лечению и результаты для существующих методов терапии, а также открыть новые возможности для более точной доставки в таких областях, как иммунотерапия рака, где контроль времени и места высвобождения лекарств может помочь снизить вредные побочные эффекты.
Бретт Погостин, аспирант Райса, который руководил разработкой SABER, начал работать над самособирающимися пептидами ещё в студенческие годы. В Райсе его курировали химик Джеффри Хартгеринк и биоинженер Кевин МакХью, и его работа была направлена на объединение фундаментальных исследований материалов и биомедицинских приложений.
Перспективы и сотрудничество
Погостин предположил, что динамическая ковалентная химия может быть использована для того, чтобы сделать гидрогелевую сеть «липкой». Химически модифицировав гидрогель для взаимодействия с лекарствами, содержащими бороновую кислоту, он смог замедлить высвобождение за счёт обратимого связывания.
Команда продемонстрировала платформу в двух различных случаях использования. Туберкулёз остаётся одним из самых смертоносных инфекционных заболеваний в мире — не из-за отсутствия эффективных методов лечения, а из-за того, что пациенты в условиях ограниченных ресурсов часто сталкиваются с проблемами доступа, хранения и соблюдения долгосрочных схем лечения. SABER не только упростил дозирование, но и повысил эффективность препарата.
В области биологических препаратов исследователи обратились к инсулину — гормону, которому сложно подобрать дозу и который требует тщательного расчёта времени. В сценариях, где холодное хранение и частые инъекции являются препятствием, преимущества для пациентов с диабетом 1 типа от более простого и длительного способа введения инсулина могут быть значительными.
Поскольку гидрогель изготовлен из аминокислот, он естественным образом расщепляется в организме. После инъекции он образует небольшой временный узелок под кожей, который постепенно растворяется без образования токсичных побочных продуктов.
Путь от первоначальной идеи до разработанной платформы был далеко не простым и требовал широкой междисциплинарной координации. Погостин консультировался с химиком Райса Захари Боллом по вопросам взаимодействия бороновой кислоты и работал с коллегами из Университета Джона Хопкинса, которые помогли определить туберкулёз как приоритетный случай использования.
Измерение концентраций лекарств в крови мышей требовало специальных рабочих процессов и помощи от Управления по совместному использованию оборудования Райса. В начале проекта Погостин потратил несколько месяцев на устранение проблемы синтеза, только чтобы обнаружить, что решение заключается в нагревании материала для удаления стойкой защитной группы.
«Это было негламурное решение, но это небольшое повышение температуры сделало всё возможным», — сказал Погостин. «Решение почти каждой проблемы состояло в том, чтобы найти кого-то, кто был экспертом в том, что мы хотели сделать, и привлечь его к работе».
Сотрудничество процветало благодаря тому, что многие лаборатории, участвовавшие в проекте, были размещены в здании Bioscience Research Collaborative в Райсе, пространстве, предназначенном для облегчения свободного обмена идеями и обмена опытом между исследователями.
«Ответы возникали естественным образом благодаря людям и месту», — сказал Погостин.
«Бретт действительно продвинул этот проект таким образом, который, по моему опыту, необычен для аспиранта», — сказал Хартгеринк, который является автором статьи. «Это очень универсальный подход. Вы можете сделать липкими как низкомолекулярные препараты, так и очень крупные биологические препараты с помощью химии, разработанной Бреттом».
МакХью, который также является автором статьи, описал возможность настройки системы с точки зрения организации «рукопожатия» между химическими группами или наличия «подходящей ручки» для обеспечения специфического взаимодействия.
«Мы можем установить «ручку» на любой препарат, который нас интересует — при условии, что это не подорвёт активность этой молекулы — чтобы соединить его с платформой доставки», — сказал МакХью.
Исследование команды было поддержано многочисленными сотрудниками и представляет собой то, что МакХью назвал «первым поколением» системы SABER, при этом ведётся работа над тем, чтобы сделать её ещё более широко применимой. Лаборатории Хартгеринка и МакХью в настоящее время совершенствуют систему и изучают возможности её применения в следующем поколении.
Хартгеринк, например, изучает, как SABER может быть применена в контексте иммунотерапии рака, где он видит потенциальное влияние платформы как «весьма захватывающее».
Погостин, ныне постдокторант Массачусетского технологического института, продолжает опираться на свой междисциплинарный образ мышления, объединяя химию и биоинженерию, и применяет себя к новым областям исследований, особенно к иммунологии.
«Что меня сейчас действительно увлекает, так это профилактика рака — попытка придумать, как мы можем использовать материалы для подготовки иммунной системы к тому, чтобы предотвратить возникновение рака, а не просто лечить его», — сказал Погостин.
Предоставлено
[Университет Райса](https://phys.org/partners/rice-university/)