Биоразлагаемый криогель защитит пробиотики при хранении и доставке

Биоразлагаемый криогель может изменить подход к хранению и доставке полезных бактерий

От хранения микроорганизмов к управляемой доставке

Исследователи Новосибирского государственного технического университета (НГТУ) сообщили о патентовании биоразлагаемого криогеля, предназначенного для длительного сохранения жизнеспособности микроорганизмов без необходимости использовать сложные и дорогостоящие системы охлаждения.

Авторы разработки рассматривают сразу несколько направлений применения материала. Помимо хранения бактериальных культур, речь идет о производстве пробиотиков, функциональных пищевых продуктов, бактериальных заквасок, микробиологических препаратов для сельского хозяйства и биофармацевтических коллекций микроорганизмов.

Однако наиболее интересным медицинским направлением становится возможность использовать криогель как систему адресной доставки пробиотических бактерий в кишечник.

Почему хранение бактерий остается сложной задачей

Во многих современных биотехнологиях используются живые микроорганизмы. Это могут быть пробиотики, производственные штаммы бактерий, лабораторные коллекции или микроорганизмы, применяемые в сельском хозяйстве.

Главная проблема заключается в том, что большинство таких культур плохо переносит длительное хранение при обычной температуре. Чтобы сохранить их жизнеспособность, обычно применяют два основных метода.

Первый — криоконсервация, то есть глубокое замораживание при очень низких температурах. Второй — лиофилизация, при которой материал сначала замораживают, а затем удаляют воду методом сублимации. Оба подхода хорошо изучены и широко используются, однако требуют специального оборудования, значительных энергетических затрат и строгого контроля условий хранения.

Поэтому во многих странах продолжаются поиски материалов, которые могли бы обеспечить стабильность микроорганизмов без столь сложной логистики.

Чем отличается новый криогель

Основой разработки стал модифицированный хитозан — природный полимер, который получают путем переработки хитина, входящего в состав панцирей ракообразных и клеточных стенок некоторых грибов. Благодаря биосовместимости и способности постепенно разрушаться в организме хитозан давно рассматривается как перспективный материал для медицины и фармацевтики.

По данным НГТУ, ученые использовали двухстадийный способ синтеза с добавлением альдегида. Процесс проводился без высоких температур и агрессивных химических условий, что позволило сохранить свойства материала и одновременно снизить его потенциальную токсичность.

Руководитель проекта, кандидат биологических наук Анастасия Корель отмечает, что модификация хитозана уменьшила цитотоксичность полимера, сделав его безопаснее для клеток кишечного эпителия.

Желудок становится защитным барьером, а кишечник — местом высвобождения

Одной из наиболее интересных особенностей разработки является ее поведение в разных отделах желудочно-кишечного тракта.

По информации разработчиков, в кислой среде желудка криогель практически не разрушается. Он защищает находящиеся внутри пробиотические бактерии от воздействия желудочного сока, который способен значительно уменьшить количество жизнеспособных микроорганизмов.

После перехода в кишечник ситуация меняется. Здесь среда становится слабощелочной, и гель постепенно начинает растворяться. Благодаря этому бактерии высвобождаются не сразу, а постепенно, что потенциально позволяет доставить большее количество живых микроорганизмов именно туда, где они могут проявить свою активность.

Подобный принцип называют контролируемым или пролонгированным высвобождением. Он давно используется при создании лекарственных препаратов, но активно развивается и применительно к пробиотикам.

Почему подобные материалы вызывают интерес во всем мире

Сегодня биоматериалы постепенно становятся самостоятельным направлением фармацевтических исследований. Если раньше основное внимание уделялось поиску новых лекарственных молекул, то сейчас не менее важной задачей становится создание систем, которые помогают уже существующим препаратам работать эффективнее.

К ним относятся гидрогели, криогели, наночастицы, липосомы и другие носители лекарственных веществ. Их задача — защитить активное вещество, продлить его действие или доставить именно в тот орган, где оно необходимо.

Такие технологии разрабатываются не только для пробиотиков. Аналогичные подходы исследуются для противоопухолевых препаратов, белковых лекарств, вакцин, факторов роста и регенеративной медицины.

До клинического применения остается несколько важных этапов

Несмотря на перспективность технологии, нынешняя разработка не означает появления готового медицинского продукта.

Сообщение НГТУ касается патентования материала и его лабораторных характеристик. Для применения в качестве медицинского изделия или компонента лекарственной формы потребуются дополнительные исследования.

Необходимо подтвердить стабильность материала при длительном хранении, воспроизводимость производства, безопасность при многократном использовании, эффективность доставки различных видов микроорганизмов и результаты испытаний в доклинических и клинических исследованиях, если речь пойдет о медицинском применении.

Кроме того, остается открытым вопрос масштабирования технологии и ее экономической эффективности при промышленном производстве.

Почему разработка важна не только для пробиотиков

Даже если первоначально технология будет использоваться для хранения бактериальных культур или пробиотиков, ее значение может оказаться шире.

Современная медицина все чаще рассматривает микроорганизмы не просто как компонент пищевых добавок, а как потенциальные терапевтические инструменты. Разрабатываются живые бактериальные препараты для лечения заболеваний кишечника, нарушений обмена веществ, некоторых иммунных расстройств и других состояний.

Во многих таких проектах именно способ доставки становится одним из ключевых факторов эффективности. Если бактерии погибают еще в желудке, потенциальная польза терапии существенно уменьшается.

Поэтому материалы, способные одновременно сохранять жизнеспособность микроорганизмов при хранении и защищать их при прохождении через желудок, представляют интерес для биотехнологий, фармацевтики и функционального питания.