Систему доставки лекарств на основе полых частиц карбоната кальция для борьбы с бактериальной инфекцией создали исследователи из Университета ИТМО, сообщает пресс-служба университета 10 сентября на сайте комитета по науке и высшей школе Петербурга.

Полые частицы карбоната кальция напоминают по форме бактерию Escherichia Coli K12. Использованный учеными подход может позволить в дальнейшем разработать носители, которые будут восприниматься патогенами как собственные клетки. Они смогут встраиваться в бактериальные биопленки и контролируемо высвобождать лекарство, когда это необходимо.

Карбонат кальция используется во многих биологических добавках. Как сообщил один из авторов исследования инженер Химико-биологического кластера, аспирант Университета ИТМО Никита Серов, это вещество является доступным, дешевым и биосовместимым материалом.

«Если мы вспомним, какие элементы у нас представлены в крови и других биологических жидкостях, то увидим, что кальций является одним из наиболее представленных ионов: он участвует в передаче нервных импульсов, в сокращении мышц. В то же время карбонат-ионы, которые получаются при взаимодействии воды с растворенным углекислым газом, при контакте с ионами кальция дают уже знакомый нам материал. По этой причине карбонат кальция нашему организму знаком, и очень давно», — пояснил Серов

«Носитель» для антибиотика или другого лекарственного препарата должен удерживать действующее вещество и «выгружать» его после прибытия к месту назначения. Кроме того, необходимо найти идеальную форму носителя, чтобы противостоять иммунным клеткам, которые стремятся уничтожить инородный объект.

«Во множестве работ было показано, что форма объекта определяет, как на него среагируют иммунные клетки. У нашего объекта, к примеру, очень большая поверхность. Чтобы иммунные клетки успешно атаковали объект, им нужно обхватить его. Большая площадь не позволяет им это сделать ― в результате иммунный ответ становится слабее, что позволяет избежать разрушения капсулы или побочных эффектов», — сказал Серов.

Микрокапсула составляет примерно 5 микрометров в длину и имеет форму, схожую с формой бактерий. Это позволяет носителю свободно циркулировать по кровеносным сосудам к очагу инфекции.

Антибиотик в носителе надежно защищен под сравнительно толстой оболочкой из карбоната кальция. Однако после прибытия к месту воспаления капсула оказывается в кислой среде, так как многие бактерии для своей жизни закисляют среду вокруг себя.

При столкновении с повышенной кислотностью капсула начинает быстро разрушаться, выпуская лекарство. Серов подчеркнул, что достаточно немного растворить стенку, и содержимое выйдет из капсулы моментально, создавая большую локальную концентрацию лекарства.

Эксперименты с антибиотиками проводились в пробирках на живых бактериях. Работа ученых продолжается: они пытаются создать покрытие, которое позволит капсуле избирательно прилипать к бактериям и более активно накапливаться в бактериальных колониях (биопленках), борьба с которыми и является одной из основных целей исследования.

В дальнейшем запланировано разработать капсулу для адресной доставки противобактериального вещества, не содержащего антибиотика. Предполагается доставлять в биопленку вещество, которое будет останавливать рост пленки. После завершения жизненного цикла уже существующих бактерий это должно привести к выздоровлению.

Такая стратегия выбрана, поскольку постоянно появляются устойчивые к антибиотикам штаммы и от антибиотиков желательно уходить. Серов пояснил, что речь идет о молекулах, которые мешают бактериям «общаться» друг с другом. «Нарушая это „общение“, они мешают бактериям образовывать биопленки, которые являются основной проблемой в месте воспаления», — сказал исследователь.