Белковые терапевтические средства, такие как ферменты, антитела, цитокины, гормоны и факторы роста, показали высокую эффективность в лечениинескольких заболеваний. Если мы улучшим наше понимание того, как предоставлять эти терапевтические агенты, мы сможем значительно продвинуть биотехнологию применения этих веществ в качестве лекарств/медицинских методов лечения. Эффективность белковых терапевтических средств ограничена их биораспределением, стоимостью и нецелевыми эффектами. Было опробовано несколько подходов к улучшению фармакокинетики и фармакодинамики белковых терапевтических средств, включая ПЭГилирование, гликозилирование, липидирование и слияние других белков2. «Таргетируемость» является еще одной проблемой, потому что большинство современных белковых терапевтических средств имеют несколько областей действия, что приводит к нецелевым эффектам. В частности, нацеливание этих препаратов на желаемые участки может снизить требуемую терапевтическую дозу и уменьшить побочные эффекты2. Если бы можно было ограничить доставку лекарств в предполагаемую область действия, можно было бы радикально улучшить лечение, а также ограничить нежелательные побочные эффекты этих препаратов.
В настоящее время используется множество медицинских устройств, содержащих терапевтические средства, такие как стенты с лекарственным покрытием и антипролиферативным лекарственным покрытием, содержащим клопидогрел, винкристин и винбластин, которые помогают предотвратить рестеноз и необходимость повторной реваскуляризации после катетеризации сердца3. Кроме того, были созданы биоразлагаемые мочеточниковые стенты с лекарственным покрытием с паклитакселом, доксорубицином, гемцитабином и другими антипролиферативными агентами для лечения уротелиальной карциномы верхних дыхательных путей4. По мере деградации этих стентов противоопухолевые препараты высвобождаются локально контролируемым образом, продлевая доставку лекарства без необходимостидополнительного дозирования. Эта методология позволяет обеспечить долгосрочный эффект противоопухолевых препаратов в предполагаемом месте действия, а также предотвращать необходимость системного воздействия, ограничивая действие препарата на неопухолевые клетки и снижая токсичность препарата. Кроме того, биоразлагаемая природа стента также может предотвратить необходимость процедуры удаления стента4.
Синдром короткой кишки (СКБ) является еще одним заболеванием, при котором использование белковых терапевтических средств показало значительное улучшение у пациентов5. СКК может возникать по различным механизмам, но приводит к недостаточной длине кишечника, вызывая мальабсорбцию и недоедание. Методы лечения, такие как аналоги глюкагоноподобного пептида 2 (GLP-2), могут быть использованы до перехода к хирургическому лечению этого состояния5. ГПП-2 человека, системный гормон питательных пептидов, вырабатывается в дистальном отделе тонкой кишки и толстой кишки эндокринными клетками L-типа. GLP-2 индуцирует пролиферацию клеток крипты кишечника, способствует восстановлению поврежденной слизистой оболочки, ингибирует апоптоз эпителиальных клеток кишечника и улучшает кровоснабжение кишечника5. Аналоги GLP-2, такие как тедуглутид, были одобрены для лечения СКК у пациентов в возрасте 1 года и старше, чтобы помочь усилить естественную адаптацию кишечника6. Естественно, адаптация кишечника может занять годы и приводит к задержке опорожнения желудка для увеличения времени абсорбции и увеличению диаметра за счет расширения кишечника для увеличения площадиповерхности для абсорбции. Аналоги ГПП-2 обладают той же фармакологической активностью, что и природный ГПП-2, при этом имеют более стабильную структуру, что обеспечивает более длительный период полувыведения и более сильное сродство к мишеням5. В настоящее время ежегодная стоимость тедуглютида составляет 295 000 долларов США, а дозировка для пациентов составляет 0,05 мг/кг в день5. Побочные эффекты тедуглютида включают тошноту, рвоту, диарею, боль в животе, потерю веса, желудочно-кишечные полипы и ускоренный рост существующих опухолей5.
Ранее наша лаборатория показала, что использование рукава для расширения кишечника (IES) (Рисунок 1) способно обеспечить немедленное удлинение тонкой кишки ex vivo на 36,2% и удлинение тонкой кишки на 30,2% после одномесячного развертывания in vivo 6,8. Это устройство может стать терапией для пациентов с СБС, что может сократить зависимость от парентерального питания. Возможность биоконъюгации терапевтических средств к устройству IES может еще больше улучшить способность дистракционного энтерогенеза за счет добавления в устройство агониста роста слизистой оболочки кишечника GLP-2. Мембраны из поливинилового спирта (ПВА) представляют собой гидрофильные полимеры, которые можно получить путем растворения ПВС в воде, нанесения ее на структурную основу, а затем сшивания с глутаральдегидом с использованием серной кислоты в качестве катализатора9. Было показано, что эти гидрогелевые наночастицы обладают потенциалом в качестве систем доставки лекарств за счет диффузии лекарств, набухания гидрогелевой матрицы и химической реакционной способности лекарства/матрицы10. ПВА был одобрен FDA для клинического использования у людей благодаря своей превосходной биосовместимости и безопасности11. Полимеризация ПВС приводит к образованию концевых групп, которые обеспечивают биоконъюгацию12.
Устройства IES/VES имеют длину 3 см и площадь внешней поверхности 9,425см2 и способны к литью с помощью мембран ПВА. Эти мембраны PVA могут быть биоконъюгированы с GLP-2 для обеспечения локализованной и концентрированной доставки терапевтических агентов. Снижение необходимой дозы препарата и обход необходимости системного введения, недопущение негативных побочных эффектов лечения. Это может помочь снизить стоимость этих дорогостоящих лекарств, требуя меньшей дозировки, а отсроченный высвобождение препарата может уменьшить частоту дозирования, что еще больше снизит затраты. Покрытие устройства IES GLP-2 может снизить необходимые дозы, сэкономить деньги пациентов, избежать системного введения, предотвратить негативные эффекты лечения и обеспечить непрерывную доставку препарата в целевой участок. В этом отчете оценивается степень, в которой терапевтический белок, такой как GLP-2, может ковалентно связываться с медицинскими устройствами, такими как устройства IES/VES, в физиологически значимых количествах, чтобы обеспечить местную пользу этих препаратов, избегая при этом побочных эффектов.