Ученые разработали метод хранения жизненно важных лекарств без холодильника

Ученые разработали новый подход к хранению и распределению важнейших белковых терапевтических препаратов без необходимости использования холодильников или морозильников.

Это открытие, опубликованное в журнале Nature, может значительно улучшить доступность основных лекарственных препаратов на основе белка в развивающихся странах, где может отсутствовать инфраструктура холодового хранения, что поможет диагностировать и лечить большее количество людей с серьезными заболеваниями.

Исследователи из университетов Манчестера, Глазго и Уорика разработали гидрогель — материал, состоящий в основном из воды, — который стабилизирует белки, защищая их свойства и функциональность при температурах до 50 °C.

Технология сохраняет белки настолько стабильными, что их можно даже пересылать по почте без потери эффективности, открывая новые возможности для более доступных и менее энергозатратных методов обеспечения пациентов и клиник жизненно важными лекарственными средствами.

Белковые терапевтические препараты используются для лечения ряда заболеваний, от рака до диабета, а в последнее время и для лечения ожирения, и играют важную роль в современной медицине и биотехнологии. Однако сохранение их стабильности и безопасности при хранении и транспортировке является сложной задачей. Их необходимо хранить в холоде, чтобы предотвратить ухудшение, что потребляет значительное количество энергии и ограничивает справедливое распределение в развивающихся странах.

В состав лекарственных средств часто также входят добавки, называемые вспомогательными веществами, которые должны быть безопасны для препарата и его получателей, что ограничивает выбор материалов.

Результаты исследования могут иметь серьезные последствия для диагностической и фармацевтической промышленности.

«В первые дни внедрения вакцины от COVID в новостных СМИ много внимания уделялось проблемам транспортировки и хранения вакцин, а также тому, как медицинскому персоналу приходилось спешить, чтобы быстро вложить их в руки людей после размораживания», - сказал соавтор исследования профессор Дэйв Адамс из Школы химии Университета Глазго. «Разработанная нами технология знаменует собой значительный прогресс в преодолении проблем существующей «холодовой цепи», которая доставляет терапевтические белки пациентам. Результаты наших испытаний весьма обнадеживают и выходят далеко за рамки возможностей современных методов хранения гидрогеля выдерживать тепло и вибрацию. Это может помочь в будущем создать гораздо более надежные системы доставки, которые потребуют гораздо менее осторожного обращения и регулирования температуры».

Гидрогель создан из материала, называемого низкомолекулярным гелеобразователем (LMWG), который образует трехмерную сеть длинных жестких волокон. Когда в гидрогель добавляются белки, они оказываются запертыми в пространствах между волокнами, где они не могут смешиваться и агрегироваться — процесс, который ограничивает или делает невозможным их эффективность в качестве лекарств.

Уникальные механические свойства сети волокон геля, которые являются жесткими, но также и хрупкими, обеспечивают легкое высвобождение чистого белка. Когда гель, хранящий белок, хранится в обычном шприце, оснащенном специальным фильтром, нажатие на поршень обеспечивает достаточное давление, чтобы разорвать сеть волокон, высвобождая белок. Затем белок чисто проходит через фильтр и выходит из кончика шприца вместе с буферным материалом, оставляя гель позади.

«Наше достижение позволяет нам хранить и распределять белки при комнатной температуре, без каких-либо добавок, что является действительно захватывающей перспективой», — говорит соавтор исследования профессор Мэтью Гибсон из Манчестерского университета.

В статье исследователи показывают, как гидрогель сохраняет два ценных белка: инсулин, используемый для лечения диабета, и бета-галактозидазу — фермент, имеющий многочисленные применения в биотехнологиях и науках о жизни.

Обычно инсулин должен храниться в холодном и неподвижном состоянии, поскольку нагревание или встряхивание могут помешать эффективному лечению. Команда проверила эффективность своей гидрогелевой суспензии для инсулина, нагревая образцы до 25°C и вращая их со скоростью 600 оборотов в минуту, что является испытанием на растяжение, далеко выходящим за рамки любого реального сценария. После завершения испытаний команда смогла извлечь весь объем инсулина из гидрогеля, показав, что он был защищен от грубого обращения.

Затем команда протестировала образцы бета-галактозидазы в гидрогеле, который хранился при температуре 50°C в течение семи дней, уровень тепла, превышающий любую реалистичную температуру для реальной транспортировки. После того, как фермент был извлечен из гидрогеля, команда обнаружила, что он сохранил 97% своей функции по сравнению со свежим образцом, хранившимся при нормальной температуре.

В третьем тесте команда поместила образцы белков, взвешенных в гидрогеле, в почту, где они провели два дня в пути между местами. После того, как образец прибыл в пункт назначения, анализ команды показал, что структуры гелей остались нетронутыми, а белки полностью предотвращены от агрегации.

«Доставка и хранение белков в целости и сохранности имеет решающее значение для многих областей биотехнологии, диагностики и терапии. Недавно выяснилось, что гидрогели можно использовать для предотвращения агрегации белков, что позволяет хранить их при комнатной температуре или выше», - сказал Мэтью Гибсон. «Однако отделить компоненты гидрогеля от белка или доказать, что они безопасны для употребления, не всегда легко. Наш прорыв устраняет этот барьер и позволяет нам хранить и распределять белки при комнатной температуре, без каких-либо добавок, что является действительно захватывающей перспективой».