Mikromaschinen
Nanoengineers von der University of California in San Diego demonstrierten erstmals die Verwendung von Mikromaschinen zur Behandlung von bakteriellen Infektionen im Magen. Diese winzigen Vehikel, die jeweils etwa halb so breit wie ein menschliches Haar sind, schweben schnell durch den Magen, neutralisieren die Magensäure und setzen dann ihre Antibiotika-Ladung bei dem richtigen pH-Wert frei.
Nanoengineers an der University of California in San Diego entwickelten die ersten Mikromaschinen zur Behandlung von bakteriellen Infektionen. Bild: Nanobioelektroniklabor an der UC San DiegoForscher sagten, dass diese Abgabemethode unter Verwendung von Mikromaschinen eine vielversprechende neue Methode zur Behandlung von Erkrankungen des Magens und des Magen-Darm-Trakts mit säureempfindlichen Arzneimitteln ist. Der Schlüssel zu ihrem Erfolg ist die Zusammenarbeit zwischen Forschungsteams der Nanoengineering-Professoren Joseph Wang und Lianfang Zhang an der UC San Diego Jacobs School of Engineering. Wang und Zhang führten zuerst eine In-vivo-Studie über den Betrieb von Mikromaschinen durch, und diese Studie ist das erste Beispiel für Mikromaschinen bei der Behandlung von
bakteriellen Infektionen .
Magensäure kann oral verabreichte Medikamente wie Antibiotika und Arzneimittel auf Proteinbasis stören. Medikamente zur Behandlung von bakteriellen Infektionen, Geschwüren und anderen Erkrankungen des Magens werden normalerweise zusammen mit zusätzlichen Substanzen eingenommen, die als Protonenpumpenhemmer bezeichnet werden, um die Produktion von
Magensäure zu hemmen. Bei längerem Gebrauch oder hohen Dosen können Protonenpumpenhemmer Nebenwirkungen wie Kopfschmerzen, Durchfall und Müdigkeit verursachen. In schwereren Fällen können sie Angstzustände oder Depressionen verursachen.
Mikromaschinen verfügen über einen eingebauten Mechanismus, um Magensäure zu neutralisieren und ihre Nutzlasten effizient abzugeben - ohne Verwendung von Protonenpumpenhemmern.
"Dies ist eine einstufige Mikrobearbeitungsbehandlung, die Säureneutralisation mit therapeutischer Wirkung kombiniert", sagte Berta Esteban-Fernandez de Avila, Doktorandin am Wang-Forschungsteam der University of California in San Diego und eine der ersten Autoren dieses Artikels.
Die Mikromaschine besteht aus einem kugelförmigen Magnesiumkern, der mit einer Schutzschicht aus Titandioxid beschichtet ist, gefolgt von einer Schicht aus Antibiotikum Clarithromycin und einer äußeren Schicht aus einem positiv geladenen Polymer namens Chitosan, das es den Motoren ermöglicht, an
der Magenwand zu haften.
Diese Bindung wird auch durch die Bewegung von Mikromaschinen verstärkt, die von der Magensäure gespeist werden. Magnesiumkerne reagieren mit Magensäure und erzeugen einen Strom von Mikroblasen Wasserstoff, die die Motoren im Magen bewegen. Diese Reaktion verringert auch vorübergehend die Menge an Säure im Magen und erhöht den pH-Wert, so dass die Mikromaschinen das Arzneimittel freisetzen und die Behandlung abschließen können. Der normale pH-Wert des Magens wird innerhalb von 24 Stunden wiederhergestellt.
In vivo
Die Forscher testeten Mikromaschinen an Mäusen mit
Helicobacter pylori-Infektionen . Mit einer klinischen Dosis Clarithromycin-Antibiotikum gefüllte Mikromaschinen wurden an fünf aufeinanderfolgenden Tagen einmal täglich oral verabreicht. Anschließend bewerteten die Forscher die Anzahl der Bakterien in jedem Muskelmagen und stellten fest, dass die Behandlung mit Mikromaschinen etwas wirksamer war als die Verschreibung derselben Antibiotikadosis in Kombination mit
Protonenpumpenhemmern .
Mikromaschinen werden aus biologisch abbaubaren Materialien hergestellt. Magnesiumkerne und Polymerschichten lösen sich in Magensaft ohne Bildung schädlicher Rückstände.
Die Forscher sagen, dass die aktuellen Ergebnisse zwar vielversprechend sind, diese Arbeit sich jedoch noch in einem frühen Stadium befindet. Das Team plant Forschungen, um die therapeutischen Eigenschaften von Mikromaschinen in vivo besser bewerten und mit anderen Standardmethoden zur Behandlung von Magenerkrankungen vergleichen zu können. Die Forscher planen auch, verschiedene Kombinationen von Arzneimitteln mit Mikromaschinen zu testen, um viele Erkrankungen des
Magens und in verschiedenen Teilen des Magen-Darm-Trakts zu behandeln. Im Allgemeinen sagen Forscher, dass diese Arbeit die Tür zur Verwendung synthetischer Motoren als aktive Arzneimittelabgabeplattformen zur Behandlung von In-vivo-Krankheiten öffnet.
