Модифицированные везикулы улучшают биодоступность пероральных антибиотиков

Наиболее популярный способ приема антибиотиков — пероральный, однако для этих препаратов характерна низкая биодоступность, так что дозы приходится увеличивать для достижения терапевтического эффекта. Это повышает нагрузку на органы и ткани и способствует развитию антибиотикорезистентности. Более того, антибиотик, не попавший в кровь, достигает кишечника и вызывает дисбиоз. Повышение биодоступности антибиотиков — важная клиническая задача.

В верхних отделах тонкой кишки бактерий намного меньше, чем в толстой кишке (10⁵ на мл против 10¹² на мл). Исследователи из Китая и Малайзии предположили, что, если антибиотики эффективно абсорбируются в проксимальном отделе тонкой кишки, это снизит их контакт с микрофлорой толстой кишки. Для этого они использовали внеклеточные везикулы молока (mEV).

Исследования показали, что mEV транспортируются через неонатальный Fc-рецептор (FcRn) и пептидный транспортер 1 (PEPT1) на эпителиальных клетках кишечника. Поскольку FcRn и PEPT1 на высоком уровне экспрессируются в проксимальном отделе тонкой кишки, этот механизм транспорта может способствовать ранней абсорбции антибиотиков, минимизируя побочные эффекты на микробиоту толстой кишки.

Тем не менее, природные mEV имеют ряд ограничений. Так, mEV обладают ограниченной способностью преодолевать слой слизи, а еще они плохо инкапсулируют груз, особенно низкомолекулярные лекарственные препараты.

Для преодоления этих ограничений и создания более эффективного носителя для пероральной доставки антибиотиков авторы работы модифицировали природные mEV. В качестве груза использовали цефдинир — β-лактамный антибиотик.

Сначала исследователи получили гибридные везикулы mEV-Lip, модифицировав липосомы (Lip) фосфолипидами, функционализированными ПЭГ, и слив их с mEV. Исследователи подтвердили присутствие в mEV-Lip характерных для mEV белков (CD9, CD63, HSP70), в то время как кальнексин, маркер эндоплазматического ретикулума, присутствовал только в супернатанте.

На образцах слизи тонкой кишки свиней авторы показали, что mEV-Lip и Lip лучше перемещались в этой среде, чем mEV (в 1,6 раза). На модели эпителиального барьера кишечника (кокультивированных клетках Caco-2/HT29) они продемонстрировали, что mEV-Lip лучше преодолевали барьер, чем Lip (в 2,7 раза) или mEV (в 1,7 раза). При этом везикулы сохраняли целостность.

В везикулы заключили флуоресцентный краситель DiR, после чего перорально ввели мышам. При анализе органов было показано, что при использовании mEV-Lip красителя было больше в тонкой кишке и меньше — в толстой кишке. mEV-Lip лучше абсорбировались в тонкой кишке, чем Lip.

mEV-Lip локализовались совместно с FcRn и PEPT1 в эпителиальных клетках тонкой кишки. Авторы подтвердили, что всасывание mEV-Lip в тонкой кишке опосредуется специфическими взаимодействиями с транспортерами FcRn/PEPT1. В фекалиях у мышей, получивших гибридные везикулы, было меньше красителя, чем у получивших свободный DiR или Lip.

В mEV-Lip поместили антибиотик цефдинир, полученные везикулы обозначили как mEV-Lip@Cef. Эффективность инкапсуляции в природные mEV была невысокой — всего 11,29%, в mEV-Lip — существенно выше, 56,02%. Схожие результаты были получены при использовании семи других антибиотиков. Более того, антибиотики еще и постепенно покидали гибридные везикулы при инкубации в буферах, что отличает их природных. Концентрация цефдинира в сыворотке крови в группе mEV-Lip@Cef была значительно выше, чем в группе свободного цефдинира, а биодоступность — в 3,24 раза выше.

На мышах с легочной инфекцией, вызванной Klebsiella pneumoniae, было показано, что только 50% мышей, получивших свободный антибиотик, выжили в течение четырех дней, но при получении mEV-Lip@Cef выжили 88% животных. Антибиотик в везикулах сильнее снижал бактериальную нагрузку в легких.

Схожие результаты были показаны на мышах с бактеремией. Лишь 12,5% мышей, получавших свободный цефдинир, пережили 8-дневный период наблюдения, в то время как 62,5% животных, которым вводили mEV-Lip@Cef, выжили. Более того, у мышей, получивших mEV-Lip@Cef, снижалось воспаление и бактериальная нагрузка в крови, печени и селезенке.

У мышей, получавших свободный антибиотик, значительно снижалось α-разнообразие, у них наблюдались признаки дисбиоза. Напротив, введение mEV-Lip@Cef способствовало поддержанию гомеостаза кишечной микробиоты. Лечение свободным цефдиниром привело к значительному увеличению массы тела у мышей на высокожировой диете, эффект был значительно менее выраженным при введении mEV-Lip@Cef. Опыты с пересадкой микробиоты подтвердили, что это различие возникает в том числе под влиянием микрофлоры кишечника. Более того, от способа доставки антибиотика зависели риски развития инфекции, ассоциированной с дисбиозом.

По мнению авторов, пероральное введение mEV-Lip, содержащих антибиотик, может сократить продолжительность госпитализации, тем самым снижая ассоциированные затраты и риски.

Семь комменсальных бактерий защитили кишечник мышей от колонизации патогеном после курса антибиотиков