В течение многих лет исследователи и врачи пытались найти способ быстрой доставки кислорода пациентам, когда традиционные способы оксигенации затруднены или неэффективны в критические моменты остановки сердца или дыхания.

Иногда гипоксемия, вызванная обструкцией дыхательных путей или заболеванием легких, может быть настолько серьезной, что методы повышения низкого уровня кислорода (включая установку дыхательной трубки) оказываются неэффективными. У пациента может произойти остановка сердца , что может привести к серьезному повреждению органов. Исследования показали, что до 40% остановок сердца в больнице вызваны низким уровнем кислорода.

После 15 лет исследований кардиолог детской больницы Бостона Джон Хейр, доктор медицины, и исследователь Ифэн Пэн, доктор философии, полагают, что им удалось разработать безопасный и эффективный метод доставки кислорода в таких экстренных случаях: инъекционный кислород, который доставляется в кровоток с помощью быстро растворяющегося газового микропузырька.

В ходе доклинических испытаний Кхейр и Пэн вводили специально разработанные pH-чувствительные микропузырьки, которые доставляли точное количество кислорода и значительно улучшали выживаемость, предотвращая катастрофические повреждения органов. Их исследование опубликовано в журнале Nature Biomedical Engineering .

Их работа прокладывает путь для будущих клинических испытаний, и они воодушевлены обещаниями инновации. «Это открывает дверь к потенциальному созданию контролируемого и предсказуемого способа обеспечения необходимым кислородом во время гипоксемии, остановки сердца и других шоковых состояний», — говорит Хейр.

Разработка и изготовление газоносителей LmD PMB для терапии IVO 2. Кредит: Nature Biomedical Engineering (2024). DOI: 10.1038/s41551-024-01266-8

Поиск подходящей системы доставки кислорода
По словам Кейра, может показаться нелогичным, что инъекция кислорода может иметь значение в огромной системе, которая циркулирует у взрослых примерно 200 миллилитров потребляемого кислорода в минуту. Но он и Пэн давно считали, что если однократная доза кислорода будет введена через инъекционный газоноситель «в нужное время и в нужное место», это может иметь значение. Им просто нужно было время, чтобы доказать это.

Сначала они экспериментировали с липидными микропузырьками, но пузырьки слипались в кровотоке и могли бы вызвать смертельную эмболию, если бы их не вводили с точной скоростью. Неудача помогла им понять, что пузырьки нужно проектировать таким образом, чтобы они не могли слипаться.

Вторая попытка была сосредоточена на полых полимерных микрочастицах, но они не смогли обеспечить циркуляцию значительного количества газа. Кхейр и Пэн снова вернулись к чертежной доске.

Впрыскиваемый кислород сработал в тестовой группе
Их третья попытка сочетает в себе лучшие аспекты предыдущих подходов. Новый газоноситель представляет собой микропузырек, который спроектирован с твердой полимерной оболочкой, которая после активации pH крови растворяется в крошечные растворимые молекулы, которые затем могут быть выведены из организма. Такой состав сохраняет препарат стабильным при хранении и позволяет вводить его в критических ситуациях, таких как остановка сердца.

Их исследование является первым где-либо, которое показало, что газ-носитель кислорода может быть быстро и безопасно доставлен в большой дозе животным, говорит Пэн. Ключ к успеху в том, что микропузырек должен быстро раствориться, иначе он вызовет затруднение кровотока.

«Введение газа в кровоток считается ужасной идеей, и люди будут бояться этого как решения само по себе», — говорит Пэн. «Но пока этот пузырек быстро растворяется, вы можете сделать инъекцию в большом количестве».

Пэн и Кхейр получили конкурсный грант на начало производства и тестирования препарата в преддверии клинических испытаний. Сначала им нужно создать производственные практики, соответствующие правилам Управления по контролю за продуктами и лекарствами. Но после 15 лет проб и ошибок эти шаги кажутся возможными за гораздо меньшее время.

«Это волнительно», — говорит Кейр. «Это не просто потенциальное решение этой медицинской проблемы. Это технологическая платформа. Есть много других газов, которые мы можем ввести, и есть много других медицинских ситуаций, подходящих для целенаправленной подачи газа. Возможностей того, что мы можем сделать с таким препаратом, множество».