Это не волшебный трюк, и это не ловкость рук. Ученые действительно используют левитацию для улучшения процесса разработки лекарств, в результате чего получают более эффективные фармацевтические препараты с меньшим количеством побочных эффектов.
Ученые из Национальной лаборатории Аргонской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) обнаружили способ использования звуковых волн для левитации отдельных капель растворов, содержащих различные фармацевтические препараты. В то время как связь между левитацией и развитием лекарственного средства может быть не сразу очевидной, на молекулярном уровне возникает особая связь.
На молекулярном уровне фармацевтические структуры относятся к одной из двух категорий: аморфной или кристаллической. Аморфные препараты обычно более эффективно поглощаются телом, чем их кристаллические кузены; это связано с тем, что аморфные лекарственные средства являются более растворимыми и имеют более высокую биодоступность, что указывает на то, что более низкая доза может вызвать желаемый эффект.
«Одна из самых больших проблем, возникающих при разработке лекарств, заключается в сокращении количества лекарственного средства, необходимого для достижения терапевтической выгоды, независимо от того, что это такое», – сказал рентгенолог Аргонн Крис Бенмор, который возглавил исследование.
«Большинство препаратов на рынке являются кристаллическими – они не полностью поглощаются организмом, и поэтому мы не получаем из них наиболее эффективного использования», – добавил Яш Вайшнав, старший менеджер по развитию и коммерциализации интеллектуальной собственности Argonne.
Однако получение фармацевтических препаратов из раствора в аморфное состояние – непростая задача. Если раствор испаряется, когда он контактирует с частью сосуда, он гораздо более устойчив к кристаллизации в своей кристаллической форме. «Это похоже на то, что эти вещества хотят найти способ стать кристаллическими», – сказал Бенмор.
Чтобы избежать этой проблемы, Беннору нужно было найти способ испарения решения, не касаясь чего-либо. Поскольку жидкости соответствуют форме их контейнеров, это было почти невозможным требованием – настолько сложным, что Бенмор должен был обратиться к акустическому левитатору, который первоначально был разработан для НАСА для моделирования условий микрогравитации.
Левитация или «бесконтактная обработка» могут образовывать чистые образцы, которые могут быть исследованы in situ с помощью высокоэнергетического рентгеновского луча в Advanced Photon Source Argonne. «Это позволяет изучать аморфизацию препарата во время его обработки», – сказал Рик Вебер, который работает над командой проекта на синхротроне.
Акустический левитатор использует два небольших динамика для генерации звуковых волн на частотах, немного превышающих слышимый диапазон – примерно 22 килогерца. Когда верхний и нижний громкоговорители точно выровнены, они создают два набора звуковых волн, которые отлично мешают друг другу, создавая явление, известное как стоячая волна.
В определенных точках вдоль стоячей волны, известной как узлы, нет никакой передачи энергии вообще. Поскольку акустического давления от звуковых волн достаточно, чтобы отменить действие силы тяжести, светлые объекты могут левитировать при размещении в узлах.
Хотя в настоящее время только небольшие количества лекарственного средства могут быть «аморфизированы» с использованием этого метода, он остается мощным аналитическим инструментом для понимания условий, которые делают лучший аморфный препарат, объяснил Вайшнав.
Исследователи Argonne уже исследовали более десятка различных фармацевтических препаратов, и в настоящее время Отдел разработки и коммерциализации технологий лаборатории проводит патент на этот метод. Развитие технологий и коммерциализация также заинтересованы в партнерстве с фармацевтической промышленностью для дальнейшего развития технологии, а также для ее лицензирования для коммерческого развития.
После адаптации технологии исследования лекарств ученые Аргонны объединились с профессорами Стивеном Бирном и Линн Тейлор на кафедре промышленной и физической фармации в Университете Пердью и Джеффри Яргером на кафедре химии и биохимии в Аризонском государственном университете. В настоящее время группа работает над определением того, какие препараты лучше всего будут воздействовать на приборы левитации.