Разработан пластырь для терапии диабета второго типа

26 декабря 2017



Для миллионов людей, страдающих диабетом второго типа, постоянный контроль глюкозы в крови является ключом к здоровью. Укол пальца перед приемами пищи и, возможно, инсулиновая инъекция — неудобная, но необходимая процедура.

Исследователи из Национального института биомедицинской визуализации и биоинженерии NIH (NIBIB) разработали инновационную биохимическую формулу минерализованных соединений, способных взаимодействовать с кровью и регулировать уровень сахара в крови в течение нескольких дней. Опыты, проводившиеся на мышах, показали, что разработанная в институте наклейка с растворяющимися микроиглами способна реагировать на гипергликемию и автоматически понижать уровень глюкозы.

«Этот эксперимент может помочь разработать лечение для людей с диабетом второго типа, у которых частично сохранена продукция инсулина», — сказал Ричард Липман, научный директор NIBIB. «Еженедельное приклеивание пластыря с микроиглами — менее сложная и болезненная процедура, чем часто проводящийся анализ крови».

Глобальная заболеваемость сахарным диабетом составляет около 285 миллионов человек, из которых 90 процентов имеют диабет второго типа, или диабет пожилых, или диабет с сохранением выработки инсулина поджелудочной железой. Многим необходима инсулинотерапия, которая проводится путем введения гормона под кожу в количествах, которые рассчитываются в соответствии с дефицитом естественного инсулина в крови. В половине случае инсулинотерапия плохо управляется.

Ученые NIBIB, возглавляемые научным руководителем лаборатории молекулярной визуализации и наномедицины Сяоюань (Shawn) Чэн, работают над альтернативным терапевтическим подходом для регулирования уровня сахара в крови при диабете второго типа с использованием безболезненной наклейки на коже. Метод был апробирован на мышах, и результат эксперимента показал потенциальную эффективность лечения. 24 ноября 2017 результаты исследования были опубликованы в Интернете, в Nature Communications.

Основой экспериментального пластыря является полисахарид, экстрагированный из бурых водорослей — альгинат. Вещество смешивают с терапевтическими агентами и выливают в форму накладки с микроиглами. «Альгинат — это гибкий материал — он мягкий, но не слишком мягкий», — сказал Чэн. «Он должен уметь дергать дерму, и, хотя он не является обычно используемым материалом для игл, в этом случае он работает очень хорошо».

Команда Чэна пропитывала альгинат биохимическими частицами, которые при необходимости стимулируют собственное производство инсулина. При достижении нормальной гликемии стимуляция прекращается. При такой доставке «по требованию» лекарственные вещества поставляются в течение нескольких дней, а не расходуются одномоментно. «Все ищут формулу длительного действия, но для лечения диабета это особенно важно», — говорит Чэн.

Ученые помещают в пластырь смесь из двух лекарственных компонентов: эксендина-4 и глюкозооксидазы. Эти препараты, реагируя с химическими веществами крови, вызывая секрецию инсулина. Каждому из них подобрана фосфатная минеральная частица, которая стабилизирует соединение до тех пор, пока оно не понадобится. Кислотность, которая возникает при гипергликемии, ослабляет связь одного минерала с лекарством, но не влияет на другой минерал.

Эксендин-4 похож по химическому составу на молекулу, которую организм вырабатывает и секретирует в кишечнике в ответ на потребление пищи. Хотя он несколько слабее, чем естественная молекула, команда выбрала exendin-4 для своего применения, потому что он не деградирует в кровотоке в течение часа или более, что дает возможность добиваться длительного эффекта после освобождения. Вещество, если оно поглощается в больших количествах, может вызвать тошноту. Чтобы контролировать его поглощение, исследователи объединили эксендин-4 с минеральными частицами фосфата кальция, которые стабилизируют его до тех пор, пока не произойдет другая химическая реакция, вызываемая вторым лекарственным соединением, глюкозооксидазой. Сама же глюкозооксидаза находится в минеральном буфере фосфата меди.

Чэн объяснил, что, когда уровень глюкозы крови превышает критическую точку, запускается реакция с фосфатом меди и глюкозооксидазой, что вызывает небольшое увеличение кислотности, из-за чего фосфат кальция высвобождает некоторое количество эксендина-4. Повышение уровня глюкозы вызывает выброс эксендина-4, но последний, запуская выработку инсулина, снижающего гликемию, тем самым он сам уменьшает уровень своего выброса из лекарственной формы. «Вот почему мы называем это умным выбросом, — сказал Чэн. «Большинство современных подходов требуют постоянного выделения лекарственного вещества. Наша лекарственная форма создает волну быстрого выброса, когда это необходимо, а затем замедляет или даже останавливает выделение, когда уровень глюкозы стабилен».

Исследователи продемонстрировали, что пластырь размером в полудюймовый квадрат содержит достаточное количество лекарственного средства для контроля уровня глюкозы в крови у мышей в течение недели. Перед началом клинических испытаний на людях с диабетом второго типа, команде необходимо будет провести тесты на крупных животных пластырем, содержащим пропорционально большее количество терапевтического соединения. В дополнение к своим размерам, лекарственная форма должна быть изменена для адаптации к коже человека, что, вероятно, потребует увеличение длины микроигл. «Нам нужно будет увеличить размер накладки и оптимизировать длину, форму и морфологию игл», — сказал Чэн. «Кроме того, пластырь должен быть совместим с повседневной жизнью, например, не мешать принятию душа и потоотделению».

Чэн воодушевлен успехом своих экспериментов, а также исследовательскими отчетами о неуклонном прогрессе подобных опытных разработок микрочипов. Например, недавно завершились ранние исследования микропланшетов содержащих инсулин с использованием автоматического промывателя планшет, что может быть использовано для лечения сахарного диабета первого и второго типа. Он надеется, что развития этих устройств будет полезно, применительно к исследованию микроигл, которыми занимается его команда.