Путешествия лекарств

Вот вам задача примерно того же рода, что требование разрубить саблей пуховую подушку, попасть из пушки по воробьям или укусить самого себя за локоть. Представим, что ученые придумали очередное замечательное лекарство. Но как его, это лекарство, доставить на место? Как донести до нужного органа или ткани, преодолев химические, физические и все прочие биологические преграды на пути?

Казалось бы, самый элементарный способ введения лекарств – через рот или пищевой тракт. Но это только так кажется. Да, нам легко проглотить таблетку. Проглотил – и всё. А для самой таблетки самое главное с этого только начинается. Проглоченное химическое вещество на своем пути к назначенной цели должно преодолеть множество препятствий. Оно должно выжить в путешествии через желудок и невредимым достичь кишечника, а затем проникнуть сквозь кишечные стенки в кровоток. Попав в кровь, оно должно потом профильтроваться через печень, и лишь после этого ему откроется путь в другие части тела. По дороге нашему лекарству нужно устоять перед кислотами пищеварительных соков, перепрыгнуть через мембранные барьеры или отразить ферменты‑протеазы, призванные раздробить его на бесполезные обломки.

Производители лекарств предлагают разные решения, однако, как правило, они годятся только для частных случаев. Например, можно покрыть таблетку оболочкой, которая не растворяется в желудочном соке, но легко растворяется, попав в щелочную среду тонкого кишечника. Вроде бы прекрасная идея. Но если лекарство состоит из белка, как большинство тех лекарств, которые используются в биотехнологии, оболочка не спасет его от активности протеаз – ферментов, разрушающих белки.

Введение лекарственного вещества прямо в кровь позволяет избежать препятствий и опасностей, содержащихся в желудке и кишечнике, но, увы, многие пациенты, по вполне понятным соображениям, неохотно соглашаются на слишком частые уколы или ежедневные визиты в амбулаторию. Поэтому естественно, что ученые настойчиво ищут новые пути доставки лекарств в организм. Одно из новшеств – препарат «Натропин депо». Он представляет собой полимерные микросферы, внутри которых содержатся молекулы человеческого гормона роста. Эти микросферы достаточно вводить всего один раз в месяц, но действовать они будут в организме постоянно, неуклонно выделяя содержащийся в них гормон. Другой препарат, «Глиадель», представляет собой облатку, которую можно имплантировать непосредственно в мозг, где она будет выделять необходимые для химиотерапии вещества прямо в мозговую опухоль.

Наряду с изучением чуть не каждой части тела – кожи, носа, легких, кишечника – в качестве возможного входа для лекарственных препаратов ученые ищут также нетрадиционные способы введения лекарственных молекул – например, с помощью ультразвука или микрочипов, которые доставляли бы их точно в нужное место и время. Новые технологии используются также для решения старой проблемы беспрепятственного проникновения лекарства сквозь стенки кишечника. Так, изобретен способ завлечь белки в очень маленькие капли клейкого биологического вещества, способного проходить между клетками внутренней оболочки кишечника. Роль такого вещества хорошо выполняют гидрофобные (водоотталкивающие) полимеры полиангидриды. Эта технология сейчас испытывается для создания нового типа таблеток инсулина, которые можно будет принимать перорально. Важность такого способа доставки в организм инсулина легко понять, если вспомнить, что при диабете инсулин необходим постоянно. Испытания нового метода на животных уже показали многообещающие результаты.

Неожиданно для самих исследователей оказалось, что капли, образованные определенными биоадгезивными полимерами и обволакивающие лекарственные белки, могут, вдобавок к другим своим полезным свойствам, также менять размеры в зависимости от уровня кислотности окружающей среды. В кислотной среде такой полимерный шарик раздувается, а в щелочной – сжимается. Это позволяет капле выдавливать из себя в нужный момент лекарственное вещество. Полимерные капли способны также защитить белки от протеаз в верхней части тонкого кишечника.

Недавно разработан и другой остроумный способ транспортировки белковых лекарств сквозь слизистую оболочку кишечника. Он состоит в упаковке белка в упругие «носители», которые сжимают белковые молекулы до очень небольших размеров, позволяя им быстрее проникнуть сквозь клеточные мембраны. Выполнив свою работу по внесению лекарства, упругий носитель отделяется от него и тем самым дает возможность белку вернуться в свою прежнюю, активную форму. Сейчас исследователи проверяют возможность использования применения этой методики для введения инсулина, а также кроверазжижающего белка гепарина, необходимого при операциях, которые могут сопровождаться возникновением тромбов.

Еще один новейший метод, который находится в стадии активной разработки, заключается в присоединении лекарственных белков к молекулам, которые направлены на специальные рецепторы в желудочно‑кишечном тракте. Эти молекулы‑«носители» помогают белковым лекарствам преодолеть кислотный барьер и влиться в кровоток.

Очень соблазнителен также путь введения лекарств в организм через кожу, позволяющий избежать проблем, возникающих при их введении через рот. Однако жесткий наружный кожный слой, эпидермис, препятствует лекарственным молекулам пройти к кровеносным сосудам, расположенным внутри кожи. Тем не менее некоторые лекарства обладают такими физическими и химическими характеристиками, которые позволяют преодолевать кожный барьер в достаточных количествах. И вот теперь разработаны и уже поступили в широкую продажу специальные пластыри, пропитанные такими лекарствами. Такой пластырь приклеивается к коже и постепенно вводит в организм содержащееся в нем лекарство – например, никотин, помогающий людям бросить курить, или женские гормоны для облегчения симптомов менопаузы.

Чтобы сделать эпидермис проходимым и для других лекарственных веществ, включая белковые, в последнее время стали применять ионофорез – безболезненные электрические импульсы, которые «проводят» заряженные молекулы лекарства сквозь наружный слой кожи прямо в кожные кровеносные сосуды. Кроме того, как обнаружил израильский ученый Иосеф Кост, проделать в наружном кожном покрове крошечные канальчики, через которые лекарство может диффундировать внутрь, способны ультразвуковые волны. Таким образом в несколько тысяч раз повышается проводимость кожи для ряда белковых лекарств, включая инсулин.

Еще одни важные ворота в наше тело представляют собой легкие. Через них можно вводить лекарства как для лечения самих легких, так и для другие целей, требующих быстрого включения препарата в кровоток. Легкие состоят из микроскопических мешочков, альвеол, непосредственно связанных с кровеносными сосудами. Подобно тому как в процессе дыхания через альвеолы поступает в кровеносные сосуды кислород, так могут проникать в кровь и более крупные молекулы лекарственных веществ, в том числе и белковых. Проблема заключается в том, как увеличить при этом долю лекарства, попадающую по назначению.

Ум человеческий неугомонен и потому не ограничивается поиском возможностей введения лекарств извне. Сейчас исследователи разрабатывают также способы саморегулируемой доставки лекарственных веществ изнутри организма, причем в нужное место и в нужное время. Это не научная фантастика. Такие «разумные» системы подачи лекарств уже существуют, во всяком случае частично. Они умеют принимать химические сигналы извне и высвобождать лекарство в ответ на такие сигналы, непрерывно поддерживая его концентрацию в организме на нужном терапевтическом уровне. Задачу эту решают «микрочипы» (вроде тех, на которых работают все электронные приборы), содержащие несколько резервуарчиков, которые заполняются лекарством и покрываются шапочками из тонкой золотой фольги. Такой микрочип внедряется в нужное место организма, и в нужное время на него подается электрический сигнал, который растворяет одно или более золотых покрытий и высвобождает лекарство. Микрочип может быть имплантирован под кожу или в спинной или головной мозг для доставки любых лекарств, начиная от обезболивающих и до химиотерапевтических против опухоли. Опыты на животных показывают, что лекарства, подаваемые таким образом, не вызывают побочных эффектов. Системы, основанные на имплантированных чипах, могут содержать точное расписание потребности данного пациента в лекарстве или датчики, которые сами измеряют уровень лекарства в организме и в ответ на полученный результат высвобождают соответствующую новую дозу.

Что же касается самого нового раздела медицины – генной терапии, то и тут проблема доставки занимает центральное место. Сегодня, после расшифровки человеческого генома, становится вполне возможным изготовить искусственные копии подлежащего исправлению гена. После этого остается «только» ввести эти копии в клетки больного организма. Но это «только» оказывается серьезной проблемой. Чтобы доставить копии гена в нужные клетки, необходимо прицепить их к подходящим носителям, так называемым «векторам». Долгое время ученые использовали в качестве таких «векторов» специальным образом обезвреженные вирусы, но оказалось, что, несмотря на всю «обезвреженность», они сохраняют определенную опасность. Поэтому сейчас, параллельно с усилиями уменьшить риск вирусного «вектора», разрабатываются другие способы доставки генов, основанные на полимерах или жирных молекулах‑липидах.

Американским ученым уже удалось ввести в организм кролика специфический ген, от которого зависит рост кровеносных сосудов, «обернув» его в полимер и липопротеин. Не за горами, надо полагать, и вовлечение в эксперименты такого рода людей, страдающих ишемическими заболеваниями сердца. Есть надежда, что введение этого гена стимулирует рост обходных кровеносных сосудов, которые будут доставлять кислород и питание обескровленным участкам сердечной мышцы.