Группа ученых из Техасского университета в Далласе разработала специальную пушку на основе металл-органических каркасных структур, которая позволяет вводить препарат не с помощью инъекции, а по воздуху. Новую технологию уже пытаются применить для лечения меланомы. Результаты представлены на Конференции Американского химического общества, также опубликовано видео.
Наиболее распространенный и эффективный на сегодняшний день способ доставить препарат в организм — вколоть его с помощью иглы. Например, именно так врачи вводят большинство вакцин. Несмотря на все преимущества, этот способ имеет ряд проблем, которых пока что не удается избежать. Инъекционное введение требует наличия квалифицированного медицинского персонала, создает риск занесения инфекции и часто оставляет после себя вредные отходы. В конце концов, многие люди, в особенности дети, банально боятся иглы — инъекции могут причинять боль, дискомфорт, а у некоторых даже вызывать панический страх.
Джереми Гассенсмит вместе со своей командой из Техасского университета в Далласе представил проект, где показал, что возможно вводить в организм человека лекарства и вакцины с помощью системы впрыска. Иными словами, препарат можно будет просто «вдуть» в человека. Авторы исследования вдохновились так называемой «генной пушкой» — специальным устройством, предназначенным для модификации клеток путем прямого введения плазмид ДНК в клетку. В случае генной пушки ДНК или любой другой биологический груз прикрепляется на поверхность микрочастицы из вольфрама или золота. Пушка сконструирована как пневматический пистолет, то есть она буквально «выстреливает» в клетку. Однако генные пушки, во-первых, являются крайне дорогими, во-вторых, оставляют после себя частички металла внутри клетки, которые могут разрушить биологический материал.
Команда Гассенсмита улучшила этот метод: вместо металла они использовали металл-органические каркасные структуры (MOF), где груз надежно огражден органическими лигандами. Они поместили груз в цеолитоподобный имидазолатный каркас ZIF-8 — эти соединения не только значительно дешевле золота, но и позволяют дольше сохранить биоматериал. Ученые объединили технологию безыгольных струйных инъекторов с MOF: струя газа из инъектора доставляла материал, заключенный в ZIF-8, прямо в клетку.
С помощью этого метода команда уже смогла доставить белки в клетки мыши, а гены — в клетки лука. По словам Гассенсмита, выстрел из этого «пистолета» ощущается намного менее болезненно, чем укол иголкой. Кроме того, ученые обнаружили, что MOF можно разрушить уже внутри клетки и полностью освободить груз от носителя: ZIF-8 разлагается в кислой среде. Достаточно просто поместить углекислый газ в струйный инъектор, тогда он будет реагировать с водой в клетках, образуя угольную кислоту и создавая кислую среду. Это означает, что одно и то же лекарство может вводиться в разное время без изменения его состава. «Как только мы это поняли, перед нами открылось множество возможностей», — рассказал Гассенсмит.
В настоящий момент команда использует свою технологию для введения препаратов от меланомы. Ученые заявляют, что их метод позволяет распределять действующее вещество более равномерно из-за струйного эффекта. Просто меняя газ-носитель с обычного воздуха на углекислый газ, они также могли контролировать сроки освобождения препарата в зависимости от потребностей пациента. В перспективе эта технология будет иметь множество применений: от ветеринарии и сельского хозяйства до вакцинации и лечения людей.
Автор: Нелли Чивилева.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
