Булева логика для нанофармацевтики

Боль после травмы неизбежна. Однако представьте – Вы травмировались, но по пути в травматологическое отделение Ваше состояние постепенно начинает улучшаться, поскольку находящиеся внутри Вашего организма наномедицинские системы чувствуют Вашу боль и высвобождают дозу болеутоляющего.

Именно такой фантастический сценарий Джозеф Вонг (Joseph Wang) из Университета Калифорнии в Сан-Диего собирается сделать реальным.

В сотрудничестве с Евгением Катцем (Evgeny Katz) из Университета Кларксона исследователи создали биотопливную ячейку, активирующуюся биомаркерами травматического состояния, и, в результате активации, высвобождающую лекарственный препарат за счет работы одного из электродов ячейки. Для высвобождения лекарственного препарата интегрированная система использует Булеву логику, что позволяет ей высвобождать столько лекарства, сколько его необходимо организму в данный момент. Ранее уже были созданы и логически активируемые топливные ячейки, и логически контролируемые системы высвобождения лекарственных препаратов, однако комбинация двух этих систем была осуществлена впервые.

Исследователи решили разработать устройство, работающее на биотопливе, которое могло бы реагировать на изменение концентрации молочной кислоты, соединения, значительные количества которых выделяются в организм при травме живота. Разработанная представляла собой биотопливную ячейку, анодом которой являлась основанная на работе ферментов логическая система, а катодом – система высвобождения лекарственного препарата.

При одновременном присутствии молочной кислоты и фермента-лактодегидрогеназы [lactate dehydrogenase (LDH)], фермент LDH катализирует конверсию молочной кислоты в пируват, используя в качестве окислителя NAD+. Образующаяся в результате этой трансформации восстановленная форма никотинадениннуклеотида NADH может являться источником электронов для топливной ячейки. Таким образом, LDH и молочная кислота работают как схема логического умножения, и лекарственный препарат, расположенный на катоде (в случае модели – парацетамола), высвобождается только в присутствии молочной кислоты и замыкания логической цепи.

Источник: Angew. Chem., Int. Ed., 2012, DOI: 10.1002/anie.201107068