Более тонкие оболочки для доставки более мягких терапевтических импульсов: однобокие микрокапсулы высвобождают груз при более низком осмотическом давлении, необходимом для доставки лекарств

Решение этого камня преткновения было разработано исследователями из Гарвардского института биологической инженерии Висса и Джоном А. Полсона из школы инженерии и прикладных наук (SEAS), которая разработала способ создания микрокапсул с оболочками неравномерной толщины, которые позволяют им лопаться при более низком осмотическом давлении, что делает их более безопасными для использования в организме человека. Исследование опубликовано в Small.

«Самая слабая часть наших снарядов в 40 раз тоньше, чем их самая прочная часть, поэтому им намного легче сломать и освободить свой груз», – сказал первый автор Weixia Zhang, Ph.D., научный сотрудник Института Висса и SEAS. «С другой стороны, эти микрокапсулы чрезвычайно прочны и не протекают, если не подвергаются повышенному осмотическому давлению, что делает их очень стабильными и способными хранить свое содержимое в течение длительного времени."
Чтобы изготовить свои неоднородные микрокапсулы, исследователи использовали стеклянное капиллярное микрофлюидное устройство, в котором использовался метод вода-в-масле-в-воде, чтобы инкапсулировать водный раствор, содержащий сахарозу, осмотический агент, в оболочку из мономеров, взвешенных в масле. Когда мономеры подвергаются воздействию ультрафиолетового света, они реагируют друг с другом и сшиваются, образуя твердую полимерную оболочку вокруг раствора сахарозы.

Изменяя скорость, с которой раствор сахарозы «груз» и «оболочка» мономерного масла протекают через устройство, команда обнаружила, что они могут вносить изменения в толщину образующихся оболочек, создавая однобокие капсулы с более толстыми стенками с одной стороны. и тоньше с другой.
Затем исследователи подвергли свои микрокапсулы осмотическому шоку, добавив воду, которая диффундировала в микрокапсулы и заставила их набухать в самой тонкой части оболочки. Примерно через 20-30 минут утоненная оболочка треснула, образуя отверстие размером в десятки микрометров, что достаточно для успешного высвобождения большинства биомолекул и наноматериалов. Увеличение разницы между самой тонкой и самой толстой частью оболочки привело к большему количеству лопнувших микрокапсул, подтверждая, что степень неоднородности влияет на эффективность высвобождения груза.

«Возможность создавать микрокапсулы с высокой степенью неоднородности путем изменения толщины оболочки в процессе производства и высвобождения груза с гораздо меньшим осмотическим давлением открывает новые возможности для контролируемого высвобождения, что очень важно для доставки лекарств в медицине, поскольку а также в других областях ", – сказал соавтор Лянлян Цюй, доктор философии.D., научный сотрудник Института Висса и SEAS.
Чтобы проверить долговечность микрокапсул, команда заключила в них флуоресцентный полимер и измерила изменение интенсивности флуоресценции в их ядрах с течением времени.

Они не наблюдали изменения интенсивности в течение 30 дней после инкапсуляции, демонстрируя, что микрокапсулы сохраняли свой груз без утечки. Кроме того, размер полимера намного меньше, чем у большинства биомолекул, таких как антитела и ферменты, что позволяет предположить, что оболочки могут использоваться для защиты и хранения биомолекул или лекарств в течение длительных периодов времени.

Наконец, исследователи совместно инкапсулировали протеазу (фермент, расщепляющий белки) и сахарозу внутри своих микрокапсул на 37 дней, а затем применили осмотический шок, чтобы вызвать высвобождение их содержимого. Протеаза сохранила 91% своей первоначальной активности, демонстрируя, что этот метод хранения существенно не ухудшил ее биологическую функцию.
«По сравнению с другими носителями с контролируемым высвобождением, такими как клетки, наночастицы или везикулы, эта система является очень универсальной, стабильной и настраиваемой, что делает ее привлекательной альтернативой для безопасной и эффективной доставки лекарств и других биомолекул для здоровья человека и других приложений», сказал автор-корреспондент Дэвид Вейц, Ph.D., основной профессорско-преподавательский состав Института Висс, который также является профессором физики и прикладной физики Маллинкродта в SEAS.

Команда продолжает разрабатывать свои микрокапсулы, оптимизируя материал оболочки для дальнейшего снижения осмотического давления, необходимого для их разрыва. Они планируют сначала применить свою технологию для доставки лекарств, таких как терапевтические антитела, чтобы иметь возможность использовать высокое содержание воды в организме человека в качестве триггера разрыва после инъекции.

«Этот проект является отличным примером того, как более простые решения часто могут быть лучше сложных, поскольку для взрыва микрокапсул требуется только механическое давление, а не сложные химические процессы или молекулярные переключатели», – сказал соавтор Дональд Ингбер, штат Массачусетс.D., Ph.D., который является директором-основателем Института Висса, профессором биологии сосудов в HMS и Программе сосудистой биологии в Бостонской детской больнице Джудой Фолкманом, а также профессором биоинженерии в SEAS.

6 комментариев к “Более тонкие оболочки для доставки более мягких терапевтических импульсов: однобокие микрокапсулы высвобождают груз при более низком осмотическом давлении, необходимом для доставки лекарств”

Оставьте комментарий