Американские исследователи разработали новый способ стабилизации лекарственных средств — с помощью белка, выделяемого из шёлка тутового шелкопряда. Технология позволяет сохранять вакцины и антибиотики в активном состоянии при температурах вплоть до 60 градусов по Цельсию в течение длительного времени.
Новая разработка учёных избавляет медиков от необходимости непрерывного охлаждения вакцин и антибиотиков. Тончайшая шёлковая оболочка инкапсулирует биологически активные молекулы медикаментов и сохраняет их функции при высоких температурах на протяжении длительного времени.
Вакцины и антибиотики в основной массе необходимо хранить в холодильнике. Это простое, на первый взгляд, правило позволяет предотвратить изменение их химической структуры, которое снижает эффективность препаратов.
Однако содержание лекарств в холодном состоянии с момента производства до момента их использования – это очень дорогостоящий процесс, который подчас составляет почти 80% от общей стоимости препарата.
Ежегодно миллиарды долларов затрачиваются на "холодную" доставку медикаментов в страны третьего мира. Половина вакцин приходит в негодность из-за невозможности в полной мере соблюсти условия транспортировки. Особенно остро стоит проблема в местах, где нет электричества или доступ к нему ограничен. (Для этого инженеры также создают специальные холодильники, не нуждающиеся в электроэнергии из сети.)
Исследователи из школы инжиниринга университета Тафта (Tufts University's School of Engineering) разработали метод, позволяющий создавать вокруг биологически активных компонентов вакцин и антибиотиков защитную матрицу из шёлковой плёнки. Иммобилизирующий "кокон" защищает и стабилизирует "живые молекулы", а при попадании в организм рассасывается, освобождая содержимое.
Такая необычная защита значительно продлевает срок годности препаратов. Шёлк представляет собой полипептид, обладающий уникальными химическими свойствами и структурой, а также способный создавать защиту от влаги и высоких температур. Кроме того, он биологически совместим с компонентами медицинских препаратов. Все эти достоинства делают этот материал идеальным кандидатом для стабилизации биологически активных молекул на протяжении длительного времени, считает руководитель исследования Дэвид Каплан (David Kaplan).
Для проверки своих шёлковых стабилизаторов, учёные хранили обработанные вакцины против кори, краснухи и паратита в течение шести месяцев при рекомендуемой производителями температуре в 4 °C, а также при 25, 37 и 45 °C.
Результаты показали, что хранение в шёлковых капсулах не вредит свойствам вакцин. Даже при очень высоких температурах потеря качества минимальна. Антибиотики сохраняют свои свойства даже тогда, когда температура окружающей среды доходит до 60 градусов Цельсия.
Для сравнения: при температуре тела тетрациклин в растворе теряет 80% своей эффективности через четыре недели хранения, шёлк же полностью защищает антибиотик. При 60 °C "шёлковый" тетрациклин теряет лишь 10% своих полезных свойств за пару недель. Раствор за это время приходит в полную негодность. Пенициллин в растворе становится абсолютно бесполезен через 24 часа хранения в условиях 60-градусной жары. Белки тутового шелкопряда сохраняют его на протяжении 30 дней совершенно без потери качества.
Каплан и его коллеги установили, что шёлковое покрытие также защищает антибиотики (тот же тетрациклин) от разрушительного воздействия света.
Кстати, ранее той же группой специалистов был разработан микрошприц, оснащённый шёлковыми микроиглами. Эти крошечные иглы могут доставлять лекарство непосредственно в клетки кожи, после чего они просто рассасываются, не доставляя пациенту никаких неприятных ощущений и прочих неудобств.
В сочетании с новыми "шёлковыми" вакцинами учёные получили уникальный способ доставки более низких доз препарата в клетки. При использовании такой технологии организм генерирует более продолжительный иммунный ответ, чем при традиционных уколах или введении капель.
Такая комбинация методов позволит осуществлять стабилизацию, распространение и введение лекарственных препаратов в одной "упаковке". Разработчики полагают, что подобная универсальная система в недалёком будущем поможет отказаться от дорогостоящих схем холодных перевозок. А это, в свою очередь, даёт надежду на то, что гораздо большее количество людей (детей, прежде всего) в странах третьего мира получит шанс выстоять перед лицом тяжёлых болезней.
Описание многообещающей технологии учёные опубликовали в журнале PNAS.
"Наше достижение — это кульминация многолетних творческих изысканий, направленных на решение реальной проблемы при оказании медицинской помощи", — говорит Дэвид Каплан в пресс-релизе Национального института биомедицины и биоинженерии, организации финансирующей этот проект.
В настоящее время исследования продолжаются, и учёные расширяют список вакцин, которые можно защитить шёлковой плёнкой.
Добавим, что группа Каплана уже два десятилетия изучает свойства шёлка и использует этот природный материал в самых разных целях. Учёные из университета Тафтса ранее создавали на его основе разные оптические материалы, роботов из мягких материалов, а также соединяли паучий шёлк со стеклом.
