Чтобы помочь преодолеть это препятствие, инженеры-химики Массачусетского технологического института разработали новый тип самовосстанавливающегося гидрогеля, который можно вводить через шприц. По словам исследователей, такие гели, которые могут содержать одно или два лекарства одновременно, могут быть полезны для лечения рака, дегенерации желтого пятна или сердечных заболеваний, а также других заболеваний.Новый гель состоит из ячеистой сети, состоящей из двух компонентов: наночастиц из полимеров, вплетенных в нити другого полимера, такого как целлюлоза.«Теперь у вас есть гель, который может менять форму, когда вы прикладываете к нему напряжение, а затем, что немаловажно, он может восстанавливаться, когда вы расслабляете эти силы.
Это позволяет вам выдавить его через шприц или иглу и ввести в — говорит Марк Тиббитт, постдок Института интегративных исследований рака Массачусетского технологического института им. Коха и один из ведущих авторов статьи с описанием геля в журнале Nature Communications от 19 февраля.Постдок Института Коха Эрик Аппель также является ведущим автором статьи, а старший автор статьи — Роберт Лангер, профессор Института Дэвида Х. Коха в Массачусетском технологическом институте. Другие авторы — постдок Мэтью Уэббер, студент Брэдли Маттикс и постдок Омид Вейсе.
Исцели себяУченые ранее сконструировали гидрогели для биомедицинских целей, образуя необратимые химические связи между полимерами. Эти гели, используемые, помимо прочего, для изготовления мягких контактных линз, являются прочными и прочными, но как только они сформированы, их форму нелегко изменить.
Команда Массачусетского технологического института намеревалась создать гель, способный выдержать сильные механические воздействия, известные как силы сдвига, а затем самовосстанавливаться. Другие исследователи создали такие гели, создав протеины, которые самостоятельно собираются в гидрогели, но этот подход требует сложных биохимических процессов. Команда Массачусетского технологического института хотела разработать что-то попроще.
«Мы работаем с действительно простыми материалами», — говорит Тиббит. «Они не требуют какой-либо сложной химической функционализации».Подход MIT основан на сочетании двух легко доступных компонентов.
Один из них представляет собой тип наночастиц, образованных из сополимеров PEG-PLA, впервые разработанный в лаборатории Лангера несколько десятилетий назад и теперь широко используемый для упаковки и доставки лекарств. Чтобы сформировать гидрогель, исследователи смешали эти частицы с полимером — в данном случае с целлюлозой.
Каждая полимерная цепь образует слабые связи со многими наночастицами, создавая рыхлую решетку из полимеров и наночастиц. Поскольку каждая точка крепления довольно слабая, связи разрываются при механическом воздействии, например, при введении через шприц. Когда силы сдвига исчезают, полимеры и наночастицы образуют новые связи с разными партнерами, исцеляя гель.
Использование двух компонентов для образования геля также дает исследователям возможность доставлять два разных препарата одновременно. Наночастицы PEG-PLA имеют внутреннее ядро, которое идеально подходит для переноса гидрофобных низкомолекулярных препаратов, в том числе многих химиотерапевтических препаратов. Между тем полимеры, которые существуют в водном растворе, могут нести гидрофильные молекулы, такие как белки, включая антитела и факторы роста.
Долгосрочная доставка лекарствВ этом исследовании исследователи показали, что гели пережили инъекцию под кожу мышей и успешно высвободили два лекарства, одно гидрофобное и одно гидрофильное, в течение нескольких дней.Этот тип геля предлагает важное преимущество перед инъекцией жидкого раствора наночастиц, доставляющих лекарство: хотя раствор немедленно рассеивается по всему телу, гель остается на месте после инъекции, позволяя нацеливать лекарство на конкретную ткань.
Кроме того, свойства каждого гелевого компонента можно настроить таким образом, чтобы содержащиеся в них лекарства высвобождались с разной скоростью, что позволяет адаптировать их для различных целей.В настоящее время исследователи изучают возможность использования геля для доставки препаратов против ангиогенеза для лечения дегенерации желтого пятна.
В настоящее время пациенты получают эти препараты, которые останавливают рост кровеносных сосудов, мешающих зрению, в виде инъекций в глаз один раз в месяц. Команда Массачусетского технологического института предполагает, что новый гель можно запрограммировать на доставку этих препаратов в течение нескольких месяцев, что снизит частоту инъекций.Еще одно возможное применение гелей — это доставка лекарств, таких как факторы роста, которые могут помочь восстановить поврежденную сердечную ткань после сердечного приступа. Исследователи также изучают возможность использования этого геля для доставки противораковых препаратов для уничтожения опухолевых клеток, которые остаются после операции.
В этом случае гель будет наполнен химическим веществом, которое привлекает раковые клетки к гелю, а также химиотерапевтическим препаратом, который их убьет. Это может помочь устранить остаточные раковые клетки, которые часто образуют новые опухоли после операции.
«Удаление опухоли оставляет после себя полость, которую можно заполнить нашим материалом, что в долгосрочной перспективе принесет терапевтический эффект в плане набора и уничтожения этих клеток», — говорит Аппель. «Мы можем адаптировать материалы, чтобы предоставить нам профиль высвобождения лекарства, который делает его наиболее эффективным при фактическом рекрутировании клеток».