Современный мир уже успел познакомится с перспективами (и рисками) "холодильных цепей" (совокупности логистических цепочек, обеспечивающих охлаждение или замораживание продукции в процессе хранения и транспортировки) во время распространения вакцин COVID-19, когда поставщики с трудом справлялись с доставкой вакцин, пытаясь сохранить их при минусовой температуре.

Такие препараты, как инсулин, противораковые лекарства и диагностические ферменты, тоже требуют наличия холодовых цепей. При этом огромные глобальные дисбалансы ограничивают возможности стран по созданию холодильных инфраструктур.

Команда инженеров в области молекулярной биологии из ETH Zurich и стартап Nanoly Bioscience из Колорадо разработали новый метод сохранения стабильности лекарств, ферментов и вакцин без использования холодильной цепи. Новая технология стабилизирует эти продукты в течение нескольких недель с помощью гидрогеля, который можно отключить путем добавления сахара. Этот метод, подробно описанный в исследовании, опубликованном в пятницу в журнале Science Advances, может в один прекрасный день встряхнуть многомиллиардную индустрию логистики холодных цепей. 

"Для многих людей во всем мире, нуждающихся в жизненно важных лекарствах, доступ к ним очень непрост", - рассказал The Daily Beast Эрик Аппель, учёный из Стэнфорда, не принимавший участия в исследовании. "Это важная и сложная задача, и у этих ребят есть действительно элегантное решение". 

Далеко не все лекарства требуют холодовой цепи для распространения - небольшие молекулы, такие как аспирин, можно хранить и транспортировать без особых проблем при комнатной температур. Однако для более крупных соединений, таких как высокомолекулярные белки тепло может привести к разрушению. 

"У вас может быть самый лучший в мире активный фармацевтический ингредиент, но если он недостаточно стабилен, чтобы поместить его во флакон и отправить куда-либо, то он бесполезен как лекарство", - считает Аппель. 

В то время как холодильные цепи помогают стабилизировать лекарства, вакцины и ферменты путем заморозки соединений, исследования гидрогелей направлены на получение таких же эффектов, но без охлаждения. Гидрогели обладают высокой абсорбирующей способностью, но при этом сохраняют определенную структуру и не растворяются в воде.

В новом исследовании ученые соединили полиэтиленгликолевые гидрогели между собой, образовав молекулярную сетку, чем-то напоминающую футбольную. По словам исследователей, она способна удерживать такие соединения, как белки и даже целые вирусы, предотвращая их деформацию или агрегацию. Они добавили гель в растворы, термозависимых соединений, включая гемаглутанин (ключевой компонент вакцин против гриппа), топоизомеразу I (используется для диагностики рака) и лактазу (фермент, для изготовления безлактозного молока). Во всех случаях гель сохранил свой потенциал даже после нескольких недель хранения при комнатной температуре, в то время как растворы без геля быстро деградировали. 

По словам Аппеля, одна из прелестей гидрогеля заключается в том, что он функционирует на основе любого размера, а не каких-либо других характеристик, характерных для того или иного соединения.

"Это может быть баскетбольный мяч, лопата или обеденный стол", - сказал Аппель. "Все, что крупнее, застревает в сети". 

Лекарства, ферменты и другие соединения остаются инертными, пока находятся в "ловушке" гидрогель. Впрочем, исследователи предусмотрели "включатель". Они показали, что сеть можно растворить всего за час, добавив обычный сахар. 

По словам Аппеля, будущие исследования по разработке методики для клиники должны быть направлены на уменьшение времени высвобождения геля. Представьте себе пациента, который обращается к медсестре для вакцинации: Медицинский работник достает с полки пузырек и добавляет в него раствор сахара, чтобы реактивировать его. 

" Если вам приходится ждать целый час, чтобы получить вакцину, это слишком долго, и в большинстве случаев это неприемлемо ", - сказал он.

Несмотря на то, что соединения, содержащиеся в гидрогеле, сохраняются гораздо лучше, чем те, которые содержатся при комнатной температуре без геля, со временем они все же теряют часть своей эффективности, так что этот метод не идеален, заявил Аппель. Гидрогель не может уберечь вакцины и лекарства от всех способов химического разрушения. 

Так что не стоит надеяться, что холодные цепи скоро исчезнут. Гидрогель, использованный в исследовании, пока что должен получить одобрение FDA, прежде чем начнёт применяться на практике. Хотя полученные результаты свидетельствуют о том, что компоненты геля безопасны для использования человеком, авторы предупредили, что "один из его компонентов может быть признан непригодным для клинического применения".

Несмотря на это, Аппель сказал, что он "с большим энтузиазмом" относится к этому подходу, который может дополнить существующие системы хранения и транспортировки лекарств и сохранить лекарственные соединения в течение более длительного времени.

" Холодильные цепи приводят к большому количеству отходов, даже здесь, на Западе", - сказал он. Методы на основе гидрогеля "могут снизить затраты, расширить глобальный доступ и значительно улучшить стабильность этих видов лекарств".

Источники: Journal The Daily Beast, Journal Science Advance, Википедиа 
1. (https://ru.wikipedia.org/wiki/Холодильная_цепь) 
2. (https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo0502)
3. (https://www.thedailybeast.com/a-molecular-soccer-net-can-replace-cold-chains-for-vaccines-and-drugs)