Новости и мнения

Крошечная моторизованная таблетка доставляет вакцину в кишечник мыши

Машина размером с горошину использует биологические жидкости в качестве топлива для продвижения через пищеварительный тракт.

Моторизованное устройство с вакциной проходит через тело мыши и прилипает к стенке кишечника. Перепечатано с разрешения X. Wei et al., «Биомиметический микромотор обеспечивает активную доставку антигенов для оральной вакцинации», Nano Letters , doi: 10.1021 / acs.nanolett.8b05051, 2019. Авторское право 2019 Американское химическое общество

Согласно исследованию, проведенному на прошлой неделе в Nano Letters, новый тип вакцинного носителя – буквально с крошечным моторчиком – может подгонять себя к слизистой оболочке кишечника мыши, потенциально обеспечивая более широкую защиту от инфекции .

Наноинженеры Liangfang Zhang и Joseph Wang из Калифорнийского университета в Сан-Диего объединились, чтобы разработать устройство, способное принимать пищу, которое может перемещаться по пищеварительной системе грызунов, прикрепляться к слизистой оболочке кишечника и доставлять полезную нагрузку. По словам команды, помимо необходимости делать прививки, у моторизованной вакцины может быть еще одно важное преимущество: ее способность создавать иммунитет слизистой оболочки.

Иммунитет слизистой оболочки – это «первая линия защиты» нашего организма, – говорит Дэвид Ло , ученый-биомедицин из Калифорнийского университета в Риверсайде, который изучал вакцины и иммунитет слизистой оболочки. «Тем не менее, на рынке почти нет вакцин, которые мы действительно пытаемся стимулировать. Это просто говорит вам, насколько примитивная разработка вакцин ».

Слизистые оболочки обнаруживаются в таких тканях, как нос, легкие, влагалище и пищеварительный тракт, которые находятся в регулярном контакте с внешним миром, и в микробах, которые в нем живут. Вакцины, которые вводят инъекциями, стимулируют антитела в крови. Но если вакцина может вызвать ответ от антител в слизистой оболочке, эти антитела могут нейтрализовать инфекцию, прежде чем она попадет в кровь.

Чтобы получить вакцину прямо на слизистую оболочку кишечника, ученые хотели создать моторизованное устройство, которое могло бы активно доставлять иммунизацию, а не ждать, пока она пассивно пройдет через тело. Поэтому они создали крошечный самоходный гаджет, предназначенный для переноса бактериального патогена Staphylococcus aureus , который ответственен за опасные, устойчивые к антибиотикам инфекции и в настоящее время не имеет вакцины. Они начали с микромоторов, изготовленных из магния и покрытых слоем диоксида титана с небольшим отверстием на одной стороне, которое оставляло магний незащищенным. Они покрыли этот мотор мембранами эритроцитов, экспрессирующими возбудителя. Другое покрытие помогло устройству прилипнуть к стенкам кишечника, а еще одно защитило его от кислой среды желудка. Все вместе, машина размером с горошину.

Как только устройство проходит через желудок, защитное покрытие растворяется, и теперь экспонированный магниевый мотор преобразует воду в организме в пузырьки водорода, которые выходят через отверстие в диоксиде титана, продвигая устройство – и бактерию – к стенке кишечник. Там он прилипает и генерирует иммунный ответ слизистой оболочки.

«Этот мотор, как мы его спроектировали, глотает. , , , Он автоматически разлагается в желудочно-кишечном тракте, не оставляя ничего токсичного », – говорит Чжан. «Это больше похоже на еду».

Сначала они тестировали аппарат в клетках in vitro, затем команда провела эксперименты на мышах. После подачи устройства животным, исследователи использовали методы визуализации и анализ кала, чтобы оценить интенсивность иммунного ответа животного. Те, кто получил вакцину с использованием микромотора, показали признаки значительно более сильного иммунного ответа, чем те, кто принимал таблетку без отверстия, которое заставляет устройство двигаться само по себе.

Ло говорит, что устройство делает все, что «должно было сделать», но, конечно, предстоит пройти долгий путь, чтобы показать, что это лучший способ доставки определенных вакцин.

В настоящее время группа работает над тестированием системы на животных моделях, чтобы увидеть, приводит ли этот повышенный иммунный ответ к профилактике заболеваний.

Концепция так называемых усваиваемых инъекционных препаратов набирает обороты в других областях медицины. В тот же день на прошлой неделе исследователи описали в « Науке» таблетку, которая проходит через пищеварительную систему, пока не активируется в желудке. Там он прилипает к слизистой оболочке желудка благодаря специальной форме, похожей на панцирь черепахи, в то время как крошечный укол иглы доставляет инсулин. Он успешно вводил препарат как свиньям, так и крысам.

Целью команды было не просто поставить инсулин, но создать «устройство, которое могло бы взаимодействовать с тканями предсказуемым и надежным образом каждый раз, и поэтому для этого нам нужно было устройство, которое могло бы ориентироваться и выравниваться с тканью». », – говорит Карло Джованни Траверсо, врач Бригама и Женской больницы и соавтор исследования.

Оба устройства должны быть проверены на животных и людях не только на их способность генерировать ответ, но и на их способность лечить или защищать от болезней. Кроме того, им нужно будет доказать, что они могут быть эффективно изготовлены.

Траверсо говорит, что он надеется, что таблетки инсулина могут быть использованы для доставки всех видов биопрепаратов и генной терапии. И Вонг, и Чжан считают, что их микромоторное устройство в конечном итоге может быть адаптировано для лечения рака, обнаруженного в кишечнике. «Что удивительного в этом, так это то, что он добавляет очень динамичный и активный компонент, о котором люди никогда не думали раньше», – говорит Чжан. «Все больше и больше лабораторий изучают нано- и микромасштабные устройства и используют эти устройства для активных медицинских применений вместо того, чтобы просто сосредоточиться на более традиционном способе доставки лекарств».

A. Abramson et al., «Пищевая самоориентирующаяся система для пероральной доставки макромолекул», Science , 363: 611–15, 2019.

X. Wei et al., «Биомиметический микромотор обеспечивает активную доставку антигенов для оральной вакцинации», Nano Letters , doi: 10.1021 / acs.nanolett.8b05051, 2019.

Исправление (18 февраля): инсулиновое устройство активируется в слизистой оболочке желудка, а не в кишечнике, как мы ошибочно сообщили. И это было проверено на крысах, а не на собаках. Ученый сожалеет об ошибке.

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *