Аэрогель поможет вернуть в оборот перспективное многофункциональное лекарство
Ученые выяснили, как аэрогель, использующийся как «переносчик» лекарств, и обезболивающий препарат мефенамовая кислота влияют друг на друга. Оказалось, что гель в присутствии кислоты уплотняется. Кислота же переходит в состояние, которое энергетически менее выгодно, чем в растворах, что приводит к лучшему ее растворению в биологических жидкостях. Такие изменения могут влиять на активность медикамента в организме. Полученные данные потенциально могут использоваться для разработки препаратов на основе мефенамовой кислоты, применение которых приостановлено из-за ее слабой растворимости в биологических жидкостях.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в International Journal of Molecular Sciences. Кремнеземные аэрогели — это хрупкие материалы с пористой структурой, обладающие большой площадью поверхности. Они недорогие, не вызывают раздражения кожи и слизистых оболочек, что позволяет использовать их в качестве веществ, переносящих лекарства в организме человека. Одно из таких соединений — мефенамовая кислота, обладающая обезболивающим, противовоспалительным и жаропонижающим действием.
Однако в последнее время ее использование приостановлено из-за низкой растворимости кристаллических форм этого вещества в биологических жидкостях. При этом она потенциально может применяться в лечении рака молочных желез, ревматоидного артрита, воспалительных заболеваний кишечника. Чтобы вернуть кислоту в терапию, необходимо улучшить ее форму, а также разработать механизм ее доставки.
Сотрудники из Института химии растворов имени Г. А. Крестова РАН (Иваново), Института химии Санкт-Петербургского государственного университета (Санкт-Петербург) и Университета Коимбры (Португалия) изучили аэрогели в качестве систем доставки мефенамовой кислоты. Они предположили, что лекарство и носитель реагируют друг с другом и это влияет на свойства каждого их них — это может как решить проблемы использования кислоты, так и добавить новых, например, сделав ее неактивной. Для проверки гипотезы авторы использовали ЯМР-спектроскопию — метод, при котором частицы, помещенные в магнитное поле, испускают разные электромагнитные волны в зависимости от своего строения и состава.
Оказалось, что гель, легированный кислотой, имел более плотную структуру. Используя математические модели, исследователи также установили физико-химические свойства такого материала. Для этого они использовали сверхкритический диоксид углерода (CO2), находящийся в состоянии флюида при температуре выше 30 градусов и давлении выше 73 атмосфер. Так, чистый аэрогель поглощал CO2 в 1,7 раз быстрее, чем легированный материал. Кислота занимала некоторые свободные участки на поверхности пор аэрогеля, что затрудняло адсорбцию молекул флюида.
При этом она не оказывала никакого химического воздействия на функциональные группы в порах, а взаимодействовала с гелем за счет слабых межмолекулярных сил. Степень поглощения флюидов используют для оценки пористости и избирательности в отношении конкретных веществ. Поэтому полученные данные позволят установить поглощательную способность геля, которая будет учитываться при разработке лекарственных препаратов.
Кроме того, ученые установили, как контакт с аэрогелем влиял на мефенамовую кислоту. В растворах она принимает несколько структурных состояний — конформеров. Они различаются углом, который образуется между составными фрагментами кислоты. Переход между конформерами называется релаксацией, при этом молекула из более напряженного, требующего больше энергии положения переходит в более доступное и наоборот. Добавление аэрогеля значительно увеличило скорость релаксации. Молекулы накапливались в поре, что увеличивало вероятность контакта между ними, а следовательно, и обмена энергией.
Частицы быстрее переходили из одного конформера в другой, то есть релаксировали. Так как кислота свободно входила в пору и выходила из нее, большое количество молекул «поучаствовало» во взаимной релаксации. В геле доля кислоты, находящейся в более напряженных конформерах, составила 78 процентов, при этом в водных растворах таким вариантам соответствовало только 25 процентов всех частиц.
Такое соотношение необходимо учитывать при разработке лекарств, так как конформеры могут по-разному влиять на активность препаратов. Таким образом, полученные данные позволят предсказывать поведение лекарств в разных условиях, учитывать варианты их строения, оптимизировать процесс их доставки внутри организма.
«Проведенное исследование направлено на создание средств доставки лекарственных соединений. Это особенно важно для лекарственных соединений с низкой растворимостью и биодоступностью. В нашей работе мы показали, что использование аэрогеля из кремнезема в качестве носителя лекарственного соединения стабилизирует его аморфное фазовое состояние, что существенно увеличивает растворимость. Более того, было найдено распределение конформеров лекарственного соединения в матрице аэрогеля, что проливает свет на взаимодействие лекарственного соединения с мишенью. В дальнейшем мы собираемся исследовать его высвобождение в средах, имитирующих биологические жидкости человеческого организма», — рассказывает доктор физико-математических наук Илья Ходов, старший научный сотрудник Института химии растворов имени Г.А. Крестова РАН.
Telegram 
Дзен 
VK Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно