|
Как секреты тихоходок могут улучшить лекарства
|
|
|
|
Химику из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Хизер Мейнард пришлось задаться вопросом: как такие организмы, как тихоходки, делают это? Это коренастое микроскопическое животное, также известное как водяной медведь, может выжить в среде, где выживание кажется невозможным. Было показано, что тихоходки выдерживают экстремальную жару, холод и давление — и даже космический вакуум — входя в состояние анабиоза и оживляясь, иногда спустя десятилетия, в более гостеприимных условиях. По мнению Мейнарда, если бы она смогла понять механизм, лежащий в основе такого экстраординарного сохранения, она могла бы использовать эти знания для улучшения лекарств, чтобы они дольше оставались действенными и менее уязвимыми для типичных экологических проблем, в конечном итоге расширяя доступ и принося пользу здоровью человека.
|
|
|
|
Оказывается, один из процессов, защищающих тихоходок, стимулируется молекулой сахара, называемой трегалозой, которая обычно встречается в живых существах, от растений до микробов и насекомых, некоторые из которых используют ее в качестве сахара в крови. Для некоторых избранных организмов, таких как водяной медведь и колючее воскрешающее растение, которые могут возродиться после многих лет почти нулевого метаболизма и полного обезвоживания, стабилизирующая сила трегалозы является секретом их неземной стойкости. Вооружившись этим пониманием, Мейнард, профессор химии и биохимии, заведующий кафедрой наук о полимерах доктора Мён Ки Хонга в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, изобрел полимер на основе сахара. Ее полимер, называемый поли(трегалозометакрилат), или pTrMA, на самом деле, кажется, улучшает природу в своей способности делать лекарства более устойчивыми к разрушительному воздействию времени и температуры.
|
|
|
«Мы пришли к выводу, что если трегалоза может стабилизировать целые организмы, то это делает ее довольно хорошим стабилизатором», — сказал Мейнард, который также является заместителем директора по технологиям и разработкам в Калифорнийском институте наносистем Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. «Однако не ожидалось, что наш полимер превзойдет трегалозу». При поддержке и руководстве Инновационного фонда Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, программы, предназначенной для содействия коммерциализации методов лечения, принадлежащих Калифорнийскому университету в Лос-Анджелесе, и других технологий, связанных со здоровьем, Мейнард и ее команда решили исследовать влияние pTrMA на инсулин, «основное лекарство» Всемирной организации здравоохранения, которое многие люди с диабетом делают инъекции ежедневно, чтобы справиться с болезнью.
|
|
|
|
При воздействии тепла или слишком сильном взбалтывании белки инсулина могут слипаться таким образом, что иглы слипаются, лекарство становится менее эффективным или даже вызывает вредную реакцию со стороны естественных защитных сил организма. В связи с этим с инсулином необходимо обращаться осторожно и перевозить в холодильных камерах. Соответственно, инсулин, который дольше остается стабильным без охлаждения, может снизить стоимость препарата за счет удешевления логистики. А продление срока годности сократит как потери лекарств, так и потенциально опасные ситуации, когда инсулин с истекшим сроком годности вводит неадекватную дозу. Более того, инсулин может стать доступным в некоторых отдаленных районах, которые в настоящее время недоступны для рефрижераторного транспорта.
|
|
|
|
Серия исследований под руководством Мейнарда за последние три года продемонстрировала потенциал pTrMA. Недавнее исследование, опубликованное в ACS Applied Materials & Interfaces, показало, что полимер сохраняет инсулин при температуре почти 200 градусов по Фаренгейту, близкой к температуре кипения воды, и в течение почти года хранения в холодильнике, при этом 87% лекарства остается неповрежденным по сравнению с менее 8% только инсулина. Лабораторные эксперименты по безопасности pTrMA показали, что он не вызывает иммунного ответа у мышей. Исследование 2021 года, также поддержанное Инновационным фондом, показало, что инсулин плюс pTrMA имеет достаточно низкую вязкость для безопасного введения, а исследование 2020 года показало, что версия pTrMA, предназначенная для разложения внутри организма, сохраняет способность стабилизировать инсулин.
|
|
|
|
Ранний вывод, сделанный в 2014 году, о том, что pTrMA на самом деле работает лучше, чем трегалоза в качестве консерванта, был не единственным приятным сюрпризом на этом пути. Команда Мейнарда обычно проектирует полимеры, химически связанные с молекулами лекарств, но в случае pTrMA они обнаружили, что он одинаково эффективен при смешивании с молекулами инсулина без химических связей. Мейнард подозревает, что у полимера есть потенциал для более широкого применения. «Полимеры трегалозы стабилизируют широкий спектр белков и ферментов», — сказала она. «Возможны вакцины, и мы думаем, что полимеры могут стать базовой технологией, применяемой для множества различных биологических препаратов».
|
|
|
|
Гибкие ресурсы Инновационного фонда позволили Мейнард свободно решать самые актуальные вопросы в своих исследованиях. Это преимущество в конечном итоге сработало вместе с другим: знакомство с экспертами фармацевтической промышленности группой по развитию технологий Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Один из таких экспертов рекомендовал Мейнарду исследовать действие pTrMA на организм. В своей недавней публикации ACS Applied Materials & Interfaces, посвященной pTrMA, Мейнард и ее команда не обнаружили существенной разницы в концентрациях в плазме крови с течением времени между одним инсулином и препаратом, приготовленным с pTrMA.
|
|
|
|
«Не всегда легко найти финансирование для некоторых систематических исследований, которые мы проводим», — сказал Мейнард. «Инновационный фонд Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе ускорил исследования и дал нам возможность измениться». Если полимер Мейнарда будет продолжать пользоваться успехом в качестве безопасного стабилизатора, лекарства от спасательных до повседневных могут стать дешевле и доступнее в большем количестве мест. И она должна благодарить еще парочку: Мать-природу и почти несокрушимого водяного медведя.
|
|
|
|
Источник
|
