Nanoingenjörer vid University of California San Diego har för första gången demonstrerat att de använder mikromotorer för att behandla en bakteriell infektion i magen. Dessa små fordon, var och en ungefär halva bredden av ett människohår, simma snabbt i hela magen samtidigt som de neutraliserar magsyra och släpper sedan ut sin last av antibiotika vid önskat pH. Forskare publicerade sina resultat den 16 augusti i Naturkommunikation .

Denna mikromotoraktiverade leveransmetod är en lovande ny metod för att behandla sjukdomar i magen och mag-tarmkanalen med syrakänsliga läkemedel, sa forskare. Insatsen är ett samarbete mellan forskargrupperna för nanoteknikprofessorerna Joseph Wang och Liangfang Zhang vid UC San Diego Jacobs School of Engineering. Wang och Zhang banade väg för forskning om in vivo drift av mikromotorer och denna studie representerar det första exemplet på läkemedelslevererande mikromotorer för behandling av bakterieinfektion.

Magsyra kan vara destruktiv för oralt administrerade läkemedel som antibiotika och proteinbaserade läkemedel. Läkemedel som används för att behandla bakterieinfektioner, sår och andra sjukdomar i magen tas normalt med ytterligare substanser, kallas protonpumpshämmare, för att undertrycka produktionen av magsyra. Men när det tas under längre perioder eller i höga doser, protonpumpshämmare kan orsaka negativa biverkningar inklusive huvudvärk, diarré och trötthet. I allvarligare fall, de kan orsaka ångest eller depression.

Mikromotorerna har en inbyggd mekanism för att neutralisera magsyra och effektivt leverera sina läkemedelsnyttolaster i magen – utan användning av protonpumpshämmare.

"Det är en ettstegsbehandling med dessa mikromotorer, kombinera syraneutralisering med terapeutisk verkan, " sa Berta Esteban-Fernández de Ávila, en postdoktor i Wangs forskargrupp vid UC San Diego och en av de första författare till artikeln.

Varje mikromotor består av en sfärisk magnesiumkärna belagd med ett skyddande lager av titandioxid, följt av ett lager av antibiotikumet klaritromycin, och ett yttre skikt av en positivt laddad polymer som kallas kitosan som gör att motorerna kan hålla sig till magväggen.

Denna bindning förstärks också av framdrivningen av mikromotorerna, som drivs av magens egen syra. Magnesiumkärnorna reagerar med magsyra, genererar en ström av vätemikrobubblor som driver motorerna runt inne i magen. Denna reaktion minskar också tillfälligt mängden syra i magen, öka pH-nivån tillräckligt för att tillåta mikromotorerna att frigöra läkemedlet och utföra behandling. Det normala pH-värdet i magen återställs inom 24 timmar.

Forskare testade mikromotorerna i möss med Helicobacter pylori infektioner. Mikromotorerna – packade med en klinisk dos av antibiotikumet klaritromycin – administrerades oralt en gång om dagen under fem på varandra följande dagar. Efteråt, forskare utvärderade bakterieantalet i varje musmage och fann att behandling med mikromotorerna var något effektivare än när samma dos antibiotika gavs i kombination med protonpumpshämmare.

Mikromotorerna är till största delen gjorda av biologiskt nedbrytbara material. Magnesiumkärnorna och polymerskikten löses upp av magsyra utan att producera skadliga rester.

Forskare säger att även om de nuvarande resultaten är lovande, detta arbete är fortfarande i ett tidigt skede. Teamet planerar framtida studier för att ytterligare utvärdera mikromotorernas terapeutiska prestanda in vivo och jämför det med andra standardterapier mot magsjukdomar. Forskare planerar också att testa olika läkemedelskombinationer med mikromotorerna för att behandla flera sjukdomar i magen eller i olika delar av mag-tarmkanalen. Övergripande, forskarna säger att detta arbete öppnar dörren till användningen av syntetiska motorer som aktiva leveransplattformar för in vivo behandling av sjukdomar.