Разрабатывается синтетическое покрытие для кишечника, которое может блокировать абсорбцию глюкозы

30.08.2020

Используя ферменты, обнаруженные в пищеварительном тракте, инженеры Массачусетского технологического института разработали способ нанесения временного синтетического покрытия на слизистую оболочку тонкой кишки. Это покрытие (полидофамин) 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.

Полидофамин и прием лекарств

«Эти три приложения довольно разные, но они дают представление о том, что можно сделать с помощью этого подхода», – говорит Джованни Траверсо, доцент кафедры машиностроения Массачусетского технологического института, гастроэнтеролог из Бригама и женской больницы и старший врач.

Полидофамин и прием лекарств

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

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 образовывалось бы после проглатывания 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 формировать синтетическую эпителиальную выстилку, которую затем можно было бы использовать для доставки лекарств, облегчая для пациента прием лекарства».

Они черпали вдохновение из природы и начали экспериментировать с полимером под названием полидофамин, который является компонентом липкого вещества, выделяемого мидиями, помогающего им цепляться за камни. Полидофамин 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 полидофамин. Каталаза присутствует во всем пищеварительном тракте, особенно в верхнем отделе тонкой кишки.

В исследовании, проведенном на свиньях, исследователи показали, что если они доставляют дофамин в жидком растворе вместе с небольшим количеством перекиси водорода (на уровнях, признанных безопасными), каталаза в тонком кишечнике расщепляет перекись водорода на воду и кислород. Этот кислород помогает молекулам дофамина объединяться в полимер PDA. В течение нескольких минут образуется тонкая пленка полидофамина, 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, похожие на эпителии покрытия на исходной поверхности кишечника».

После того, как исследователи разработали покрытие, они начали экспериментировать со способами его модификации для различных применений. 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 более одного раза 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.

Временное покрытие

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 несколько предварительных исследований 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.

Источник: scitechdaily.com

 

Читайте далее:

Метки: