Новое исследование показало, что тонкий кишечник использует больше клеток, чем полагали ученые, для всасывания достаточно больших микросферических частиц, которые могут содержаться в терапевтических белковых препаратах, таких как инсулин. Данные, полученные на крысах, опубликованы в the Proceedings of the National Academy of Sciences, и потенциально могут использоваться для разработки подобного средства для перорального применения.
Согласно новому исследованию, тонкий кишечник задействует большее количество клеток и механизмов, чем считалось ранее, для поглощения относительно крупных частиц, таких как капсулированный инсулин. Выводы, опубликованные 5 августа 2013, в the Proceedings of the National Academy of Sciences, предоставляют новые возможности производителям лекарств для увеличения всасывания пероральных препаратов.
С помощью крыс ученые из Университета Уэйна провели оценку кишечного всасывания и распределения полистирольных сфер диаметром от 0,5 до 5 мкм по всему организму. Они обнаружили, что:
Значительная часть всасывания происходит с помощью эндоцитоза в клетках, называемых энтероцитами.
Ранее полагалось, что частицы такого размера всасывались с помощью фагоцитоза в "микроскладчатые клетки", или М-клетки, которые составляют менее 1 % поглощающего слоя слизистой оболочки кишечника.
«Данные этих исследований оспаривают общее мнение относительно доставки пероральных препаратов», — пишут ученые, в том числе ведущий автор Джошуа Рейнеке, профессор Университета Уэйна, и Даниэль Чо, студент Медицинской школы Уоррена Альперта при Университете Брауна.
С помощью этого нового подхода, особенно, если он может быть расширен, воспроизведен на людях, разработчики препаратов смогут нацелиться на создание биоразлагаемых микросфер, содержащих лекарственное средство, которые будут достигать энтероцитов в дополнение к M-клеткам, — говорит автор исследования Эдит Мэтиовитц, профессор медицинских наук и инженерии в Университете Брауна.
«Вы можете спроектировать их таким образом, что они будут направляться в необходимое место», — сказала Мэтиовитц, — «В этом, вероятно, будет заключаться и моя будущая работа».
Исследование Мэтиовитц ориентировано на обнаружение способа, с помощью которого препараты на основе белков, которые в настоящее время выпускаются в инъекционной форме, смогут применяться перорально, и будут выживать в суровых условиях желудка, максимально всасываться кишечником, и достигать ткани, нуждающиеся в данном препарате. Ранее этим летом Mathiowitz опубликовала труд, показывающий, что:
Полимерное покрытие, которое устойчиво к желудочной кислоте также увеличивает кишечное всасывание микросфер.
Новое исследование в PNAS объясняет, как и в каком месте микросферы поглощаются в кишечнике.
Всасывание и поиски
Исследователи провели несколько экспериментов для отслеживания абсорбции микросфер на моделях крыс. Некоторым крысам вводили сферы перорально. Другим крысам они вводили их непосредственно в одну или другую основную часть кишечника: подвздошную кишку и тонкую кишку. Также они применяли к разным крысам сферы разных размеров. После часа или пяти часов ожидания, они проверяли сферы, чтобы увидеть, сколько было поглощено и в какие ткани они попадали.
Среди множества комбинаций размера, расположения, способа введения и периода времени, кишечник захватывал от 10 до 50 % сфер. Хотя далеко не равномерно, но в каждом случае кровоток переносил поглощенные сферы в самые разнообразные ткани, включая головной мозг и легкие, но чаще они попадали в печень.
Введение энтероцитов
Через микроскопы исследователи могли видеть красные флуоресцирующие микросферы, проходящие через энтероциты. Кроме того, более последовательное доказательство роли энтероцитов и их всасывания с помощью эндоцитоза было найдено в ходе другого эксперимента, в котором исследователи использовали различные средства, которые блокируют эндоцитоз.
После этого, в подвздошной кишке 1-мкм сферы могли обнаруживаться и M-клетками и энтероцитами, поглощение сфер снизилось на 5 — 15 % у более 32 % крыс, у которых процесс не был заблокирован (агент, который блокировал эндоцитоз и фагоцитоз блокировал большинство). Еще значительней снизилось всасывание в тонкой кишке, где нет М-клеток, от 3 до 10 %, в сравнении с более 45 % крыс с нормальным эндоцитозом. Поэтому энтероциты могут играть не только важную роль, но, и возможно, более важную, чем М-клетки.
«Мы должны знать, что делает кишечник и куда попадают эти частицы», — сказала Мэтиовитц, — «Впервые мы провели количественную оценку процесса, а также документально зафиксировали биораспределение сфер к определенным органам. Для того чтобы иметь возможность изучать и воспроизводить технологию на человеке, нам необходимо проверить ее воспроизводимость на других видах животных».
Более расширенные исследования могут не только улучшить процесс доставки лекарств, но и возможно приведут к разработке способов предотвращения всасывания вредных веществ. «С помощью токсикологического исследования, можно было бы удостовериться, что частицы диаметром более микрометра могут поглощаться большим количеством клеток кишечника, а не только M-клетками», — отметила Мэтиовитц.
В проведении исследования также участвовали другие авторы, Йу-Тинг Дингл, А. Питер Морелло Третий, Джулс Джейкоб и Кристофер Тэнос из Университета Брауна.
Источник: sciencedaily.com