Введение инсулина с помощью специальной «умной губки»

«Мы хотели сымитировать функции здоровых бета-клеток, которые производят инсулин и контролируют его выброс в здоровом теле», - говорит доктор Чжэнь Гу, ведущий автор статьи о проведенном исследовании, доцент, участник совместной программы биомедицинской инженерии Университета штата Северная Каролина и Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл. «Но то, что мы обнаружили также перспективно и для умной доставки лекарственных препаратов рака или других болезней». В научно-исследовательскую группу вошли Даниэль Андерсон, старший автор и доцент химической технологии, член Института интегративной исследований рака Коха в Массачусетском технологическом институте, а также исследователи из отделения анестезиологии в Детской больнице Бостона.

Исследователи создали сферическую, пористо-волокнистую матрицу из хитозана - материала, обнаруженного в панцире креветок и крабов. По всей матрице рассеяны нанокапсулы из пористого полимера, содержащие оксидазу глюкозы или ферменты каталазы. Пористая матрица окружает капсулу с инсулином. Матрица, диаметр сферы которой составляет примерно 250 мкм, может быть введена пациенту с помощью инъекции.

Когда уровень сахара в крови больных диабетом повышается, глюкоза запускает реакцию, вызывающую выброс ионов водорода ферментами нанокапсулы. Эти ионы связываются с молекулярными нитями хитозановой губки, давая им положительный заряд. Положительно заряженные нити хитозана отталкиваются друг от друга, расширяя пробелы в порах губки, что обеспечивает попадание инсулина в кровоток. При диабете 1 типа и более сложном 2 типе диабета организм нуждается в инъекциях инсулина - гормона, который транспортирует сахар крови или глюкозу из крови в клетки организма.

По мере выброса инсулина уровень глюкозы в организме начинает падать. Это приводит к тому, что хитозан начинает терять свой положительный заряд, и нити начинают соединяться. Это уменьшает размер пор в губке, что удерживает оставшийся инсулин.

Пока механизм работает при помощи выработки ионов водорода энзимами, чувствительными к уровню глюкозы в крови. Он может быть упрощен для доставки лекарства к раковым клеткам посредством исключения энзимов. Опухоли имеют кислую среду с высокой концентрацией ионов водорода. Если бы резервуары губки были заполнены противоопухолевыми препаратами, последние выбрасывались бы при контакте хитозана с ионами водорода в опухолевой ткани или раковых клетках.<\p>

«По необходимости мы также можем изменить размер губчатой матрицы. Ее минимальный размер может составлять 100 нанометров», - добавляет доктор Гу. «Сам же хитозан усваивается организмом, поэтому нет никаких долгосрочных последствий для здоровья».

В тестах с использованием лабораторных мышей, больных диабетом, исследователи обнаружили, что губчатая матрица была эффективным средством снижения уровня сахара в крови в течение 48 часов. Тем не менее, в мае были опубликованы результаты другого исследования доставки инсулина, показавшие что «умные системы» могут поддерживать уровень сахара крови в течение 10 дней.

«Мы многое почерпнули в ходе перспективного исследования «губки» и будем продолжать оптимизировать ее. В тоже время мы уже изучаем возможность ее применения для борьбы с раком», - отметила доктор Чжэнь Гу.