Новости

2 мая, 2023 14:35

Аэрогель поможет вернуть в оборот перспективное многофункциональное лекарство

Ученые выяснили, как аэрогель, использующийся как «переносчик» лекарств, и обезболивающий препарат мефенамовая кислота влияют друг на друга. Оказалось, что гель в присутствии кислоты уплотняется. Кислота же переходит в состояние, которое энергетически менее выгодно, чем в растворах, что приводит к лучшему ее растворению в биологических жидкостях. Такие изменения могут влиять на активность медикамента в организме. Полученные данные потенциально могут использоваться для разработки препаратов на основе мефенамовой кислоты, применение которых приостановлено из-за ее слабой растворимости в биологических жидкостях. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ),  опубликованы в International Journal of Molecular Sciences.
А. Образец аэрогеля, пропитанного мефенамовой кислотой. Б. Изменение цвета аэрогеля при импрегнации мефенамовой кислотой. В. В.Соборнова демонстрирует уникальную ячейку ЯМР. Г. Одна из вероятных конфигураций молекулы NSAIDs. Источник: И. Ходов

Кремнеземные аэрогели - это хрупкие материалы с пористой структурой, обладающие большой площадью поверхности. Они недорогие, не вызывают раздражения кожи и слизистых оболочек, что позволяет использовать их в качестве веществ, переносящих лекарства в организме человека. Одно из таких соединений - мефенамовая кислота, обладающая обезболивающим, противовоспалительным и жаропонижающим действием. Однако в последнее время ее использование приостановлено из-за низкой растворимости кристаллических форм этого вещества в биологических жидкостях. При этом она потенциально может применяться в лечении рака молочных желез, ревматоидного артрита, воспалительных заболеваний кишечника. Чтобы вернуть кислоту в терапию, необходимо улучшить ее форму, а также разработать механизм ее доставки.

Сотрудники из Института химии растворов имени Г.А. Крестова РАН (Иваново), Института химии Санкт-Петербургского государственного университета (Санкт-Петербург) и Университета Коимбры (Португалия) изучили аэрогели в качестве систем доставки мефенамовой кислоты. Они предположили, что лекарство и носитель реагируют друг с другом и это влияет на свойства каждого их них - это может как решить проблемы использования кислоты, так и добавить новых, например, сделав ее неактивной. Для проверки гипотезы авторы использовали ЯМР-спектроскопию - метод, при котором частицы, помещенные в магнитное поле, испускают разные электромагнитные волны в зависимости от своего строения и состава.

Оказалось, что гель, легированный кислотой, имел более плотную структуру. Используя математические модели, исследователи также установили физико-химические свойства такого материала. Для этого они использовали сверхкритический диоксид углерода (CO2), находящийся в состоянии флюида при температуре выше 30°С и давлении выше 73 атм. Так, чистый аэрогель поглощал CO2 в 1,7 раз быстрее, чем легированный материал. Кислота занимала некоторые свободные участки на поверхности пор аэрогеля, что затрудняло адсорбцию молекул флюида. При этом она не оказывала никакого химического воздействия на функциональные группы в порах, а взаимодействовала с гелем за счет слабых межмолекулярных сил. Степень поглощения флюидов используют для оценки пористости и избирательности в отношении конкретных веществ. Поэтому полученные данные позволят установить поглощательную способность геля, которая будет учитываться при разработке лекарственных препаратов.

Кроме того, ученые установили, как контакт с аэрогелем влиял на мефенамовую кислоту. В растворах она принимает несколько структурных состояний - конформеров. Они различаются углом, который образуется между составными фрагментами кислоты. Переход между конформерами называется релаксацией, при этом молекула из более напряженного, требующего больше энергии положения переходит в более доступное и наоборот. Добавление аэрогеля значительно увеличило скорость релаксации. Молекулы накапливались в поре, что увеличивало вероятность контакта между ними, а следовательно, и обмена энергией. Частицы быстрее переходили из одного конформера в другой, то есть релаксировали. Так как кислота свободно входила в пору и выходила из нее, большое количество молекул «поучаствовало» во взаимной релаксации. В геле доля кислоты, находящейся в более напряженных конформерах, составила 78%, при этом в водных растворах таким вариантам соответствовало только 25% всех частиц. Такое соотношение необходимо учитывать при разработке лекарств, так как конформеры могут по-разному влиять на активность препаратов. Таким образом, полученные данные позволят предсказывать поведение лекарств в разных условиях, учитывать варианты их строения, оптимизировать процесс их доставки внутри организма.

«Проведенное исследование направлено на создание средств доставки лекарственных соединений. Это особенно важно для лекарственных соединений с низкой растворимостью и биодоступностью. В нашей работе мы показали, что использование аэрогеля из кремнезема в качестве носителя лекарственного соединения стабилизирует его аморфное фазовое состояние, что существенно увеличивает растворимость. Более того, было найдено распределение конформеров лекарственного соединения в матрице аэрогеля, что проливает свет на взаимодействие лекарственного соединения с мишенью. В дальнейшем мы собираемся исследовать его высвобождение в средах, имитирующих биологические жидкости человеческого организма», - рассказывает доктор физико-математических наук Илья Ходов, старший научный сотрудник Института химии растворов имени Г.А. Крестова РАН.

Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ

23 мая, 2024
Двумерные материалы помогут увеличить эффективность и срок службы солнечных батарей
Ученые выяснили, что двумерные материалы можно использовать в солнечных батареях в качестве барьер...
22 мая, 2024
Биоудобрения из горных глубин: актинобактерии помогут сельскохозяйственным растениям избежать дефицита железа
Ученые определили, что бактерии Nocardia mangyaensis NH1 синтезируют более 10 различных соединений...