Иллюстрация к статье

12 января 2021 г.

PharmVesti.ru

Фармация Медицина Наука

Наночастицы могут стать альтернативой инъекциям инсулина для больных диабетом

Дата публикации: 12 января 2021 г.

Ученые из Технологического университета Наньян в Сингапуре разработали наночастицы инсулина, которые однажды могут стать альтернативой инъекциям для пациентов с сахарным диабетом 1-го типа.

В ходе доклинического исследования команда исследователей скармливала крысам наночастицы, содержащие инсулин, и обнаружила, что через несколько минут в крови животных уровень гормона значительно повышался.

Инсулинотерапия часто является важной частью лечения диабета, эндокринного заболевания, которым страдают 422 миллиона человек во всем мире. Ожидается, что в Сингапуре число диабетиков вырастет до 1 миллиона в 2050 году - почти пятая часть населения.

Приём инсулина перорально был бы более удобен для пациентов, чем инъекции, потому что это безболезненно и препарат в виде таблеток или капсул намного легче носить с собой. Кроме того, таким образом можно улучшить соблюдение пациентами режима лечения. Однако создание лекарственной формы инсулина для перорального приёма остаётся сложной задачей. Инсулин - белок, он расщепляется в желудочно-кишечном тракте ещё до того, как успеет всосаться в достаточном количестве для достижения терапевтического эффекта.

Чтобы преодолеть эту проблему, междисциплинарная команда специалистов, разработала наночастицу, содержащую инсулин в ядре, и покрытую чередующимися слоями инсулина и хитозана (аминосахар). Дозирование достигается путём контроля количества слоёв в наночастице.

Посредством лабораторных экспериментов с использованием клеточных культур и подопытных крыс, команда под руководством главного научного сотрудника Технологического университета Наньян доктора Хуанг Иньинг, продемонстрировала, что эта наночастица с послойным покрытием стабильна, поскольку она проходит через желудок и попадает в тонкий кишечник, где начинается постепенное высвобождение и всасывание инсулина в кровоток.

Ранние попытки разработать лекарственную форму инсулина для приёма внутрь не увенчались успехом, потому что такие формы были, либо небезопасны, либо требовали частого приёма, потому что не могли доставлять достаточное количество инсулина. Испытания наночастиц на крысах показывают, что они могут переносить необходимое для терапевтического эффекта количество инсулина. В то же время они достаточно малы, чтобы пройти через стенки кишечника в кровоток. Это указывает на их потенциально возможное применение для пероральной доставки инсулина в человеческом организме. Мы полагаем, что та же концепция может быть использована и для других белковых препаратов, которые обычно необходимо вводить путём инъекций, Д-р Хуан Иньин.

В настоящее время инсулин вводится под кожу тонкой иглой несколько раз в день, в зависимости от препарата. Помимо боли и дискомфорта, эти инъекции не так удобны, как приём пероральных форм. Проводятся дополнительные доклинические исследования наночастиц, и мы надеемся, что они когда-нибудь смогут заменить болезненные инъекции инсулина простыми небольшими таблетками», Юсуф Али, соавтор исследования.

Результаты исследования были опубликованы в научном журнале Nanoscale в ноябре 2020 года.

Многослойный подход для доставки инсулина

Инсулин – гормон белковой природы, вырабатываемый поджелудочной железой. Основное действие направлено на регулирование углеводного обмена.

У здоровых людей инсулин попадает в кровоток и распределяется по органам. Стимулирует переработку глюкозы в гликоген и запасание его в мышцах и печени. В то же время инсулин подталкивает печень к снижению скорости производства новой глюкозы, это приводит к снижению её уровня в крови.

Напротив, организм больных диабетом не производят достаточного количества инсулина для удовлетворения потребностей организма. Часто требуется инъекция в жировую ткань под кожей. Оттуда он попадает в общий кровоток и печень.

Наночастицы более точно имитируют путь, по которому естественный инсулин попадает в кровеносную систему.

Каждая из этих наночастиц имеет размер около 200 нм - как минимум в 1000 раз меньше пыльцевого зерна. Сначала инсулин загружается в липосому, крошечную сферу в центре наночастицы. Затем липосомы покрывают 11 чередующимися слоями инсулина и хитозана трёх разных молекулярных масс. Такой подход позволяет загружать больше инсулина.

Когда наночастица инсулина попадает в кислую среду желудка, её слои начинают отталкиваться друг от друга, что приводит к медленному высвобождению инсулина.

Хотя наночастица теряет часть инсулина, перемещаясь по желудочно-кишечному тракту, она имеет достаточно покрытий, поэтому к тому моменту, когда частица транспортируется через стенку кишечника и попадает в кровоток, инсулин в остальных слоях и в липосомах остаётся нетронутым и в достаточном количестве.

Подробности эксперимента

Чтобы изучить возможность применения наночастиц инсулина для пероральной доставки, команда учёных сначала провела серию лабораторных экспериментов с целью установить стабильность наночастиц, их способность проходить через стенку кишечника и определить эффективность доставленного таким образом инсулина.

Оставив наночастицы в жидкости, имитирующей среду желудка, команда обнаружила, что 6% инсулина из наночастиц высвободилось за один час, а 94% гормона остались нетронутыми. Пища проходит через желудок и попадает в тонкий кишечник с менее агрессивной средой примерно за час.

При тестировании на Caco-2 - широко используемой модели для изучения транспорта молекул через стенку кишечника - учёные обнаружили, что количество транспортируемого инсулина было в три раза выше при загрузке в наночастицу, по сравнению с ведением в ЖКТ чистого инсулина.

Учёные также проверили скорость, с которой наночастицы инсулина всасываются и выводятся в кровотоке крыс. У крыс, получавших перорально наночастицы инсулина, концентрация гормона в крови достигла пика через 30 минут и полностью исчезла через четыре часа.

«Лабораторные эксперименты показали, что наша многослойная частица предотвращает преждевременную деградацию инсулина. Сейчас мы изучаем, наступит ли пик концентрации раньше, чем 30-минутная отметка – показатель того насколько скорость насыщения инсулином крови из капсулы соответствует естественному ходу», Юсуф Али.

«Уровень концентрации инсулина можно ещё больше повысить, при необходимости, наращивая количество чередующихся слоёв инсулина и хитозана», д-р Хуанг.

Команда из Технологического университета Наньян в Сингапуре сейчас ведёт переговоры с фармацевтической компанией о дальнейших испытаниях и улучшении наночастиц.


Источник на английском языке