Как устроена доставка лекарств на основе гигантских неорганических молекул

N+1Наука

Сопровождение грузов

Как устроена доставка лекарств на основе гигантских неорганических молекул

Эдуард Кацман

Необычно большие неорганические молекулы — полиоксометаллаты — могут лечь в основу новых систем пролонгированной доставки лекарств. Гигантские комплексы из атомов переходных металлов и кислорода способны модифицировать структуру гидрогелей так, чтобы обеспечить медленное и равномерное высвобождение помещенных в гель препаратов. Вместе с УрФУ рассказываем, как на основе полиоксометаллатов строят системы, которые в будущем составят конкуренцию бинтам и уколам.

Вовремя и не больно

Терапия многих заболеваний и состояний часто осложняется не отсутствием лекарств, а несовершенными методами их доставки в организм. Сегодня эффективные гормональные и антиретровирусные препараты способны надолго продлить срок жизни людям с диагнозами, которые раньше считались приговором. Однако их постоянный прием сложно контролировать, особенно когда речь идет о детях, да и сами по себе инъекции — очень неприятная процедура.

Решить или хотя бы облегчить эту проблему можно с помощью устройств пролонгированной доставки лекарств. Они выглядят по-разному: например, как обычные таблетки или капсулы, в которые действующее вещество помещается так, чтобы препарат высвобождался постепенно. Давно используются мембранные полимерные имплантаты, постепенно высвобождающие препарат на слизистые оболочки, и подкожные импланты, поставляющие действующее вещество в кровь. Существуют также пластыри с микроиглами для пролонгированной трансдермальной доставки лекарств.

Пример устройства для пролонгированной доставки лекарств — полимерное кольцо (используется этиленвинилацетат). После введения во влагалище в течение трех недель равномерно высвобождает препараты в слизистую оболочку. Flickr / Niaid

Одна из наиболее распространенных концепций таких устройств — биосовместимые гидрогели с начинкой из лекарства. Гель вводят под кожу, где жидкости тела постепенно проникают в его поры, вымывая или химически высвобождая препарат.

Управление свойствами

Главная задача создателей гидрогелевых устройств для пролонгированной доставки лекарств — научиться управлять скоростью высвобождения препарата. Она должна быть не слишком быстрой и постоянной в течение всего срока действия устройства. Для этого ученые учатся создавать гидрогели с заданными характеристиками. Одно из решений для управления их свойствами — темплаты. Это объекты (большие молекулы, наноразмерные кластеры или кристаллы, надмолекулярные ансамбли, такие как мицеллы или комплексы белков), способные задавать структуру своему окружению. За счет межмолекулярных взаимодействий полимерные молекулы, из которых состоит гель, определенным образом организуются вокруг темплата.

В качестве темплатов могут выступать различные структуры, как правило обладающие устойчивой геометрией и при этом достаточно активные, чтобы образовывать межмолекулярные связи со своим окружением. В качестве темплатов используются как эмульсии органических молекул, скажем ПАВы, так и неорганические структуры. В гидрогелевых химических сенсорах, например, применяются кремниевые частицы, вокруг которых определенным образом выстраивается матрица органического полимера.

Особый интерес для создателей гелей представляют большие молекулы сложной, но управляемой геометрии, имеющие текстурированную поверхность, которую можно модифицировать за счет:

  • ковалентных связей;
  • водородных связей;
  • ван-дер-ваальсовых взаимодействий;
  • хаотропного эффекта, связанного с нарушением водородных связей в водном растворителе.

К таким объектам относятся нанокластерные полиоксометаллаты, достигающие в диаметре порядка трех нанометров.

Металлические великаны

В школьном курсе химии рассказывают, что неорганические молекулы обычно небольшие, а органические, наоборот, могут состоять из сотен и даже тысяч атомов. Полиоксометаллаты (ПОМ) — исключение из правил: это неорганические соединения, состоящие иногда из сотен атомов (самый большой ПОМ — Мо368, он имеет форму лимона или мяча для регби). В их состав входят атомы переходных металлов (чаще всего говорят о соединениях молибдена, ванадия, железа, вольфрама), кислорода и меньшего количества атомов других неметаллов — например, серы, фосфора, кремния, мышьяка и др. Это одни из самых крупных известных неорганических молекул.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Wi-Fi нашего мозга: почему без клауструма люди стали бы глупыми и беспомощными Wi-Fi нашего мозга: почему без клауструма люди стали бы глупыми и беспомощными

Нейробиологи искали, где прячется сознание, а нашли «маршрутизатор»

Вокруг света
Ода тягости Ода тягости

«Больше чем никогда»: зачем нужны слезоточивые фильмы об умирающих

Weekend
7 чудес света: античные и современные 7 чудес света: античные и современные

Античные и новые чудеса света, на которые можно взглянуть сейчас

ТехИнсайдер
Феминизм: как женщины борются за свои права Феминизм: как женщины борются за свои права

Как и почему зародился феминизм, и как его вообще понимать?

ТехИнсайдер
Год без лета Год без лета

Извержение вулкана Тамбора в 1815 году стало самым мощным в истории человечества

Вокруг света
Как вернуться в рабочий ритм после долгих выходных: 5 шагов Как вернуться в рабочий ритм после долгих выходных: 5 шагов

Как проще преодолеть постпраздничную тоску?

Psychologies
Из чего сделана японская «мумия-русалка»? Жутковатую находку исследовали ученые Из чего сделана японская «мумия-русалка»? Жутковатую находку исследовали ученые

Оказалось, что «мумия-русалка» — искусственно созданный объект

Вокруг света
Как искусственный интеллект ищет в космосе сигналы иных цивилизаций и что ему уже удалось обнаружить Как искусственный интеллект ищет в космосе сигналы иных цивилизаций и что ему уже удалось обнаружить

Ученые научили машинный алгоритм искать следы внеземных цивилизаций

ТехИнсайдер
Десять значимых событий 2022 Десять значимых событий 2022

Что произошло в науке за 2022 год

Наука и жизнь
В центре Школы будущего будет стоять ребенок | At the Center of the School of the Future will be the Child В центре Школы будущего будет стоять ребенок | At the Center of the School of the Future will be the Child

Журналист Александр Мурашев — как школа может стать жизненным навигатором

Позитивные изменения
Настройка на альфа-ритм мозга резко повышает эффективность обучения у взрослых Настройка на альфа-ритм мозга резко повышает эффективность обучения у взрослых

Как настроить мозг, чтобы обучение было легким и эффективным?

ТехИнсайдер
Революция «наоборот»: как Япония вырвалась из застоя, вернув власть императору Революция «наоборот»: как Япония вырвалась из застоя, вернув власть императору

Не существует единого рецепта модернизации. Страны действуют на свой лад

Вокруг света
«Катастрофа была не за горами». Как исследователи и псевдоученые искали эликсир вечной жизни «Катастрофа была не за горами». Как исследователи и псевдоученые искали эликсир вечной жизни

Как попытка найти способы жить вечно привела к расцвету науки и псевдонауки

СНОБ
Керамический материал с изменяемой теплопроводностью: революционное открытие Керамический материал с изменяемой теплопроводностью: революционное открытие

Как обычный керамический материал может изменить свою теплопроводность

ТехИнсайдер
Honda Pilot 2023. Первое впечатление Honda Pilot 2023. Первое впечатление

Honda Pilot вынуждена становиться лучше, чтобы сохранять конкурентоспособность

4x4 Club
Одна вокруг света: забастовка на шоссе и сосновая живица по дороге в Аргентину Одна вокруг света: забастовка на шоссе и сосновая живица по дороге в Аргентину

204-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко

Forbes
Кто такие индейцы майя и почему их цивилизация исчезла с лица Земли? Кто такие индейцы майя и почему их цивилизация исчезла с лица Земли?

Почему исчезла целая цивилизация, и чем еще известны майя?

ТехИнсайдер
Риск ради успеха: почему не нужно бояться ошибок, чтобы достичь результатов Риск ради успеха: почему не нужно бояться ошибок, чтобы достичь результатов

Отрывок из книги «Открытый интеллект»

Forbes
Визит к сексологу: что нужно знать — 6 главных вопросов Визит к сексологу: что нужно знать — 6 главных вопросов

Что происходит в кабинете сексолога?

Psychologies
Баланс альтруизма со здоровым эгоизмом: почему волонтерство делает людей счастливее Баланс альтруизма со здоровым эгоизмом: почему волонтерство делает людей счастливее

Как найти грань между альтруизмом и выгоранием

Forbes
10 популярных явлений и предметов, которые незаметно ушли из нашей жизни 10 популярных явлений и предметов, которые незаметно ушли из нашей жизни

Предметы и явления, которые мы потеряли

Maxim
5 любопытных фактов о кордицепсе — хищном грибе из The Last of Us 5 любопытных фактов о кордицепсе — хищном грибе из The Last of Us

Гриб кордицепс — фантастика наяву

Maxim
20 реальных сокровищ, которые не найдут даже Индиана Джонс с Ларой Крофт 20 реальных сокровищ, которые не найдут даже Индиана Джонс с Ларой Крофт

Показываем бесценные артефакты человечества, которые считаются утерянными

Maxim
«Ворошеный жар»: отрывок из книги военной переводчицы «Ворошеный жар»: отрывок из книги военной переводчицы

Книга Елены Ржевской, фронтовой переводчицы, прошедшей войну от Ржева до Берлина

СНОБ
7 продуктов, которые поддержат силы в пост 7 продуктов, которые поддержат силы в пост

Какие продукты помогут не испытывать голод и усталость в пост?

РБК
От «Костра на ветру» до «Молодости»: за что мы так любим якутское кино От «Костра на ветру» до «Молодости»: за что мы так любим якутское кино

О чем снимают кино в Якутии и почему оно так нравится и зрителям, и критикам?

Psychologies
Этот рок-певец пытался нанять киллера, чтобы убить свою жену! Узнайте, получилось ли Этот рок-певец пытался нанять киллера, чтобы убить свою жену! Узнайте, получилось ли

Что может произойти, если не избавляться от пугающих мыслей?

ТехИнсайдер
Сериал «Раневская»: как Фаина Фельдман стала великой актрисой вопреки всем преградам Сериал «Раневская»: как Фаина Фельдман стала великой актрисой вопреки всем преградам

Какой сложный путь к славе проделала Фаина Раневская

Forbes
Агросектор снова переписали Агросектор снова переписали

Какие тенденции выявила сельскохозяйственная микроперепись

Агроинвестор
Как фестиваль независимого кино «Сандэнс» смог добиться гендерного равенства Как фестиваль независимого кино «Сандэнс» смог добиться гендерного равенства

Рекомендуем фильмы с фестиваля «Сандэнс», снятые женщинами-режиссерами

Forbes
Открыть в приложении