Крюков А.И.

ГБЗУ «Московский научно-практический центр оториноларингологии им. Л.И. Свержевского», Москва

Кунельская Н.Л.

Шершунова Е.А.

ФГБУН Институт электрофизики и электроэнергетики Российской академии наук, Санкт-Петербург, Россия, 191186

Ребров И.Е.

ФГБУН Институт электрофизики и электроэнергетики Российской академии наук, Санкт-Петербург, Россия, 191186

Ямщиков В.А.

ФГБУН Институт электрофизики и электроэнергетики Российской академии наук, Санкт-Петербург, Россия, 191186

Гаров Е.В.

Московский научно-практический центр оториноларингологии Департамента здравоохранения Москвы

Царапкин Г.Ю.

ГБУЗ «Научно-исследовательский клинический институт оториноларингологии им. Л.И. Свержевского», Москва, Россия

Мищенко В.В.

Научно-исследовательский клинический институт оториноларингологии им. Л.И. Свержевского Департамента здравоохранения Москвы, Москва, Россия, 117152

Топическое введение препаратов во внутреннее ухо. Современное состояние проблемы и перспективы развития

Журнал: Вестник оториноларингологии. 2019;84(5): 6-14

Просмотров : 180

Загрузок : 11

Как цитировать

Крюков А. И., Кунельская Н. Л., Шершунова Е. А., Ребров И. Е., Ямщиков В. А., Гаров Е. В., Царапкин Г. Ю., Мищенко В. В. Топическое введение препаратов во внутреннее ухо. Современное состояние проблемы и перспективы развития. Вестник оториноларингологии. 2019;84(5):6-14. https://doi.org/10.17116/otorino2019840516

Авторы:

Крюков А.И.

ГБЗУ «Московский научно-практический центр оториноларингологии им. Л.И. Свержевского», Москва

Все авторы (8)

Нарушения слуха и расстройства функции вестибулярного аппарата сильно ухудшают качество жизни пациента, а в ряде случаев приводят к инвалидности больного. Около 5% населения земного шара страдают от заболеваний данного типа [1].

В лечение всех вышеуказанных заболеваний всегда включена медикаментозная терапия, важным аспектом которой служит направленный транспорт лекарственных препаратов к очагу патологического процесса. Лекарственные средства, вводимые энтерально и парентерально, имеют ряд существенных недостатков. Для достижения необходимого эффекта вводят большие концентрации лекарственных веществ, при этом препараты доставляются нецеленаправленно, что приводит к их иррациональному расходу и побочным эффектам со стороны организма пациента [2—4].

1. Современные трансбарьерные способы доставки препаратов

Наиболее изученным типом барьера по технологии низкоинвазивной инфузии медицинских препаратов является кожа. Низкоинвазивная инфузия медицинских препаратов реализуется по трем каналам [5, 6]: через фолликулы, ассоциируемые с сальными железами, выводные протоки потовых желез и межклеточные щели в роговом слое между этими каналами. Через фолликулы и потовые протоки эффективно проходят липофильные вещества с маленькой молекулярной массой (менее 600 Д) и размером менее 3 мкм [7]. Через межклеточные каналы может проходить лишь около 0,1% от общего потока транспортируемого вещества, однако этот канал очень важен для ионов и больших полярных молекул. Основным механизмом проникновения веществ через кожу является диффузия [5, 8], скорость которой описывается уравнением Фика и зависит от массы вещества, его концентрации, площади и толщины мембраны, температуры и природы растворенных веществ [9].

Для увеличения скорости проникновения лекарств используют различные методы: химические [10], липосомальные [11], подразумевающие использование гелеобразных нано- и микросфер с препаратом [12], использование ультразвука [13—15], микроигл [16] или электрического поля [17—19]. Иногда применяют комбинацию разных методов [20—22]. Их действие основано на двух основных аспектах: 1) изменение среды в химическом или физическом плане, что позволяет проникнуть в роговой слой, и 2) применение движущей силы, которая вызывает транспортировку через эпидермис [23].

Химические усилители способствуют проникновению препарата через барьер путем повышения растворимости препарата и разрушения липидной структуры [24]. Липосомы представляют собой носители лекарственного препарата. Механизм их проникновения предполагает локальное изменение химического состава рогового слоя [25]. Такой подход может быть применим на коже, но невозможен на мембране других барьеров. Ультразвук высокой [13] или низкой частоты вызывает кавитацию, которая создает существенное физическое разрушение микроструктуры рогового слоя и оказывает движущую силу, обусловленную давлением [26]. Способ доставки лекарств с помощью ультразвука называют фонофорезом. Аппараты, использующие фонофорез, снабжены инструментами, проводящими ультразвук, выполненными, как правило, из металла, поэтому являются негибкими, обладают большой толщиной и сложны в модификации. Микроиглы, применяемые для усиления проникновения препаратов через роговой слой, протыкают слой, физически создавая микроканалы для транспорта веществ, при этом не затрагивая нервы в более глубоких слоях эпидермиса [16]. При таком подходе необратимо разрушается биологический барьер, поэтому применение его для ряда других биобарьеров, включая мембрану внутреннего уха, очень опасно. При перфорации мембраны возможно возникновение ряда осложнений, связанных с нарушением давления внутри лабиринта и контаминацией перилимфы и эндолимфы, что может привести к потере слуха.

Трансбарьерное введение препаратов эффективно реализуется при приложении электрического поля [27]. В этом случае возможны 2 механизма действия поля. Один из них реализуется при использовании постоянного тока низкого напряжения и называется ионофорез [18], когда заряженные ионы препарата двигаются через барьер благодаря электрофоретической движущей силе. При высоком импульсном напряжении реализуется так называемая электропорация [3], вызывающая физические изменения в структуре барьера, при которой перестраивается структура липидов барьера, «создаются поры» — каналы для проникновения частиц препарата. При ионофорезе «движение» заряженных молекул происходит посредством протекания постоянного электрического тока невысокой плотности (~0,5 мА/см2 в случае кожи человека) через электрод с препаратом, контактирующий с биологической мембраной, и заземленный электрод, также расположенный на теле [28].

Три механизма усиливают молекулярный транспорт: 1) электрическое отталкивание от управляющего электрода заряженных молекул, 2) увеличение проницаемости барьера вследствие протекания электрического тока и 3) механизм электроосмоса, оказывающий влияние на незаряженные молекулы и большие полярные пептиды. Эффективность транспорта зависит от полярности, валентности и подвижности заряженных частиц, компонентного состава, параметров системы электропитания [8] и конфигурации электродной системы.

Известно, что электропорация возможна в метаболически неактивных системах: синтетических липидных мембранах [29], тенях (мембранах) эритроцитов [30] в живых клетках и тканях [31]. Чаще всего электропорация используется в биологии для трансфекции генов при транспорте молекул ДНК [32], хотя молекулы разного размера и состава могут быть перенесены через мембраны посредством этого механизма [33, 34].

При электропорации за счет действия коротких электрических импульсов создаются переходные водные нано-, микроканалы в липидных бислойных мембранах [35]. Проницаемость и электропроводность липидных бислоев могут быть быстро изменены и восстановлены за счет большой амплитуды импульсов напряжения при короткой длительности воздействия. Электропоративный эффект наблюдается, когда разница потенциалов на мембране достигает значения нескольких сотен милливольт при длительности импульсов от 10 мкс до 100 мс. Благодаря электропорации сопротивление мембраны может изменяться на порядок за микросекунды [36]. При приложении импульса напряжения мембрана сначала заряжается при сохранении своей структуры, а после изменяет свое сопротивление с возможностью восстановления первоначальной структуры или без нее, что напрямую зависит от параметров импульсов, геометрии и состава мембраны. Вещества переносятся через созданные электропорацией микроканалы посредством ионной диффузии и электрического осмоса. Для веществ с маленькой молекулярной массой меньше 1000 Д (или 1000 а.е.м.=1,66–10–21 г) транспортировка может быть достигнута за счет обычной диффузии в связи с достаточно длительным временем существования мембраны в измененном «проницаемом» состоянии (от микросекунд до секунд) [3]. Диффузия макромолекул при выключении импульса реализуется медленно. Этот механизм крайне важен для барьеров, не имеющих естественных ионных каналов.

Все описанные методы широко используются при транспорте препаратов через кожный биологический барьер. Однако в литературе недостаточно информации по преодолению других биологических барьеров, включая мембраны во внутреннем ухе.

2. Методы доставки препаратов во внутреннее ухо. Основные достоинства и недостатки существующих методик

Местная доставка лекарств во внутреннее ухо человека впервые была использована для лечения болезни Меньера местными анестетиками [37] и антибиотиками [38] более полувека назад, а в дальнейшем стали широко использоваться глюкокортикоиды, которые доставлялись внекохлеарно (с наружной стороны улитки) к нише круглого окна [39].

Внутреннее ухо человека отделено от наружного слухового прохода несколькими барьерами: барабанной перепонкой, которая является препятствием для проникновения в среднее ухо, круглым и овальным окном, ведущими в лабиринт. Поглощение лекарственного препарата от среднего уха до перилимфы во внутреннем ухе может произойти через ряд структур, в том числе: круглое окно, овальное окно и костную капсулу улитки.

Был проведен ряд экспериментальных работ, в которых при заполнении среднего уха морских свинок раствором препаратов наибольшая концентрация лекарственного препарата отмечалась в апикальных (верхних) участках улитки [40], что может происходить только при проникновении вещества через костную капсулу, которая очень тонка у этих млекопитающих. В литературе мы не встретили сообщений о переносе веществ через отическую капсулу у человека, при этом стоит отметить, что костная капсула у человека значительно толще [41].

Основным каналом при транспорте веществ является круглое окно, которое ведет в барабанную лестницу. Через овальное окно также возможно поступление препарата через лестницу преддверия, однако его количество остается неопределенным и, вероятно, зависит от размера и заряда лекарственного средства, но считается небольшим по сравнению с тем, которое поступает через круглое окно [41, 42]. Мембрана круглого окна человека и ряда млекопитающих (обезьян, кошек и грызунов) состоит из 3 основных слоев: внешнего слоя плотно упакованных эпителиальных клеток, обращенного к полости среднего уха; среднего слоя — соединительной ткани (фибробластов, фиброцитов, коллагена, эластина, капилляров и нервов) и внутреннего слоя в виде сот, обращенного к перилимфе в барабанной лестнице [43]. Проницаемость круглого окна сильно зависит от вводимого препарата и увеличивается при введении анестетиков [44], эндотоксинов [45], гистамина [46], при воздействии осмотических возмущений и в присутствии бензилового спирта в растворе [47]. В литературе достаточно мало информации о трансмембранных процессах переноса и усвоения вещества во внутреннем ухе. В основном эта информация ограничивается данными о пассивной диффузии и ускоренной диффузии с помощью веществ-носителей, и последующего фагоцитоза [41].

Интратимпанальное введение. На сегодняшний день существует несколько методов доставки препаратов во внутреннее ухо [41]. Основной метод доставки основан на введении препаратов интратимпанально через среднее ухо. Этот метод достаточно широко используется во многих странах мира [20, 48—51]. Это могут быть как однократные инъекции, так и многочисленные, в течение одного дня или недели, которые производят с помощью тимпанопункции или через шунт. Как показывают исследования, концентрация препаратов в перилимфе и их градиент вдоль улитки напрямую зависят от времени нахождения вещества в среднем ухе. Однако значительная часть вещества проходит и в другие участки уха, что представляет собой существенную проблему [52]. Кроме того, в зависимости от цели фармакотерапии препарат нужно доставлять в различные отделы улитки, поэтому для разных препаратов требуется разное время воздействия.

Интратимпанальное введение активно используют для введения различных препаратов при болезни Меньера, внезапной идиопатической сенсоневральной тугоухости, при ушном шуме, а также в качестве отопротектора при химиотерапии [53].

Недостатками данного метода являются плохое проникновение действующего вещества посредством диффузии через мембрану круглого окна, а следовательно, низкая биодоступность, а также быстрый «уход» препарата через слуховую трубу; в редких случаях может формироваться стойкая перфорация. К преимуществам данного метода относят минимальную инвазивность и широкую распространенность [54], наряду с этим при интратимпанальном введении можно избежать высокой токсичности системных стероидов.

Наряду с вышеуказанными методами интратимпанального введения были разработаны специальные микрокатетеры, позволяющие вводить препарат непосредственно на мембрану круглого окна. Первым такой катетер разработал H. Silverstone — Silverstone MicroWick, имеющий диаметр 1 мм и длину 9 мм, проводимый через тимпаностомическую трубку. Данное устройство позволяет пациентам самостоятельно дозированно вводить препарат при болезни Меньера, сенсоневральной тугоухости [53]. Недостатками данного катетера можно считать риск формирования стойкой перфорации, инфекции среднего уха и холестеатомы [54].

Также были предложены катетеры, которые подводились к мембране круглого окна через искусственно созданный канал под барабанной перепонкой — IntraEar Round Window µ-CathTM и E-CathTM. Данные катетеры также использовались для введения гентамицина при болезни Меньера и стероидов при сенсоневральной тугоухости [55, 56].

Поиски в области оптимизации доставки лекарственных средств в терапии внутреннего уха также включают в себя разработку лекарств, которые высвобождаются в течение определенного периода времени. Типы препаратов с замедленным высвобождением включают липосомы, биоразлагаемые микросферы с лекарственным препаратом и полимерные конъюгаты, включая гели [57]. Выделение лекарственного средства из систем-носителей может приводиться в действие только градиентом концентрации (например, в рассасываемой желатиновой губке, пропитанной раствором лекарственного средства) или поддерживаться постепенным разрушением носителя либо спонтанно, либо вызванным физическими и химическими триггерами (например, температурой или рН), с последующим высвобождением лекарственного средства [41].

Внутрилабиринтная доставка. Препарат также может быть доставлен непосредственно внутрь лабиринта посредством вливания, что более предпочтительно, поскольку таким образом препарат достигает своей мишени более точно. Если при интратимпанальном введении в нишу круглого окна препарата его концентрация достигает единиц процентов, то при введении непосредственно во внутреннее ухо концентрация близка к 100% [58]. 100% биодоступность, однако, может быть не достигнута из-за утечек либо на месте нанесения, либо в местах истечения жидкости, таких как кохлеарный акведук. Тем не менее доступность лекарственного средства внутри внутреннего уха может быть существенно увеличена путем непосредственного введения лекарственного средства через круглое окно, полукружные каналы, через отическую капсулу и эндолимфатический мешок [59]. Распространение препарата зависит также от скорости и места инъекции. Однако данный метод является высокоинвазивным и несет большой риск контаминации жидкостей внутреннего уха и нарушению внутрикохлеарного давления.

Способом поддержания нужной концентрации препарата могут быть также кохлеарные имплантаты [41, 60]. Разрабатываются стратегии доставки лекарств во внутреннее ухо в сочетании с кохлеарными имплантатами, включая прикладывание препарата к круглому окну до операции [61], одноразовую инъекцию в барабанную лестницу во время имплантации [62] и «купание» электрода в лекарственном растворе или гелевой форме препарата перед введением в улитку, и последующее его высвобождение [63]. Однако, безусловно, такой метод доставки лекарственных препаратов доступен только у пациентов, которым предстоит кохлеарная имплантация [54].

3. Препараты, используемые для топического воздействия на внутреннее ухо

Аминогликозиды. Первыми препаратами, используемыми для местного (интратимпанального) воздействия на внутреннее ухо, были аминогликозиды. Так, H. Schuknecht [64] использовал стрептомицин для введения в среднее ухо для лечения болезни Меньера, однако при этом был высок риск потери слуха. Позже было установлено, что локально применяемый гентамицин обеспечивает эффективное лечение вестибулярных симптомов при болезни Меньера с меньшим риском для слуха [65].

Стероиды. Наиболее часто используемые препараты для интратимпанального введения — глюкокортикостероиды, преимущественно дексаметазон. Их используют для лечения болезни Меньера, идиопатической внезапной сенсоневральной тугоухости и аутоимунных заболеваний внутреннего уха. Впервые интратимпанально глюкокортикостероиды при болезни Меньера были использованы в 2013 г. [66]. При введении глюкокортикостероидов интратимпанально они проникают во внутреннее ухо через мембрану круглого окна. Стероиды можно вводить через шунт, с помощью инъекций, через отверстие, сформированное лазером, а также через микрокатетеры различных модификаций. Во всех случаях требуется такое положение пациента, чтобы препарат действовал 20—30 мин.

Наиболее часто интратимпанальное введение глюкокортикостероидов используется при лечении острой сенсоневральной тугоухости либо в качестве начальной терапии, либо в случае «спасительной» терапии, когда не было достигнуто желаемого эффекта в отношении слуховой функции при системной кортикостероидной терапии [67].

Несмотря на то что большое число работ посвящено данному способу лечения, не существует единого мнения об его эффективности. Так, в Кокрановском обзоре (2013) [68] по оценке эффективности глюкокортикостероидной терапии при внезапной идиопатической сенсоневральной тугоухости было указано, что пока нет убедительных данных об эффективности вышеуказаной терапии при данной патологии. В большей степени это связано с отсутствием достаточного количества исследований, соответствующих принципам доказательной медицины.

Препараты, влияющие на апоптоз. Недавно было завершено крупное многоцентровое исследование, посвященное изучению препарата AM-111 у пациентов с односторонней идиопатической внезапной сенсоневральной тугоухостью с тяжелой потерей слуха (со средней потерей слуха (абсолютной) ≥60 dB на трех наиболее пораженных частотах). В проспективном двойном слепом рандомизированном плацебо-контролируемом исследовании (фаза 3) приняли участие 256 пациентов из 51 центра стран Европы и Азии, в том числе России. AM-111 (0,4 или 0,8 мг/мл) или плацебо вводили интратимпанально (путем тимпанопункции) в течение первых 72 ч от начала заболевания, результаты оценивали на 3, 7, 28 и 91-й дни. При отсутствии улучшения на 7-й день после введения препарата применяли резервную терапию преднизолоном перорально. Было показано, что препарат AM-111 в дозировке 0,4 мг/мл оказывает клинически значимый и достоверный эффект у пациентов с выраженной идиопатической внезапной сенсоневральной тугоухостью, хорошо переносится как сам препарат, так и способ введения [69].

Антиоксиданты. Ряд работ посвящен исследованию влияния антиоксидантов при сенсоневральной тугоухости различного генеза. Так, во многих исследованиях на животных был показан отопротективный эффект D-метионина при акустической травме, шумовом воздействии [70], в том числе при интратимпанальном воздействии [71]. Также было показано отопротективное воздействие данного препарата при ототоксичности, обусловленной цисплатином [72], аминогликозидами [73], в том числе и при аппликации на область круглого окна [74].

A. Rewerska и соавт. [75] исследовали дозозависимый протективный эффект D-метионина при воздействии шума у лабораторных мышей. Авторами было показано, что только достаточно высокая концентрация препарата (400 мг/кг) оказывает выраженный защитный эффект внутреннего уха от шумового влияния.

Интерес представляют исследования, посвященные изучению антиоксидантного и протективного действия N-ацетилцистеина [76, 77]. Так, Z. Sarafraz и соавт. [78] оценили влияние N-ацетилцистеина (10%) и дексаметазона у пациентов, получающих цисплатин, в двойном слепом рандомизированном клиническом исследовании. Пациентам производили интратимпанальное введение препаратов, после чего сравнивали данные аудиологического обследования (по 57 ушей в каждой группе). Было показано отсутствие изменения слуха в тех ушах, где производилось введение N-ацетилцистеина, напротив, в группе дексаметазона отмечались достоверные изменения, вызванные цисплатином, на частоте 8 кГц (р=0,001). Авторы делают вывод, что интратимпанальное введение N-ацетилцистеина является безопасным и недорогим способом защиты внутреннего уха от ототоксичного действия цисплатина.

Встречаются работы, где указывается также на выраженное положительное действие в отношении слуховой функции и при системном использовании препарата. Так, S. Angeli и соавт. [79] оценивали эффективность системной кортикостероидной терапии в сочетании с интратимпанальным введением (группа контроля) и в сочетании с пероральным L-N-ацетилцистеином у пациентов с внезапной идиопатической сенсоневральной тугоухостью. Через 6 мес отмечено улучшение слуха на 26,1 и 15,1 дБ в группе комбинированного лечения и в группе контроля соответственно (p=0,046).

Другие препараты. В исследованиях на животных была изучена эффективность при различных состояниях внутреннего уха разных лекарственных препаратов при интратимпанальном введении.

Так, T. Inaoka и соавт. [80] вводили фактор роста гепатоцитов с использованием желатинового гидрогеля на мембрану круглого окна у морских свинок после генерации сенсоневральной тугоухости, вызванной воздействием шума. Было показано снижение потери наружных волосковых клеток в базальной порции улитки.

K. Iwai и соавт. [81] и T. Fujiwara и соавт. [82] в исследованиях на животных показали, что инсулиноподобный фактор роста-1, введенный на гидрогеле интратимпанально, обеспечивает протективное действие улитки от воздействия шума и ишемического поражения соответственно.

M. Demir и соавт. [83] отметили отопротективное действие интратимпанального мелатонина у крыс, которым вводился цисплатин.

В работе J. Suzuki и соавт. [84] была выявлена регенерация пресинаптических и постсинаптических элементов волосковых клеток и слухового нерва у лабораторных мышей, подвергшихся воздействию шума, и получающих нейротропин-3 интратимпанально.

4. Перспективность использования лекарственной доставки препаратов во внутреннее ухо с помощью электрического поля

Среди наиболее перспективных неинвазивных методов трансмембранной доставки препаратов во внутреннее ухо можно выделить воздействие электрического поля, оказывающего сочетанный электропоративный и ионофоретический эффект [85—88].

В зависимости от механизма электрического воздействия разделяют импульсные генераторы напряжения для электропорации (электропораторы) и источники постоянного тока для ионофореза. При проведении процесса электропорации амплитуда напряжения является основным показателем глубины проникновения вводимого вещества в ткань [89], а скважность импульса отвечает за возможность обратного восстановления целостности структуры. Эффективность ионофореза определяется количеством перенесенного заряда за время воздействия [90].

Применяемые сегодня генераторы для проведения электропорации имеют достаточно большой разброс по амплитуде импульсов (от нескольких милливольт до нескольких киловольт) и их частоте (от единиц герц до нескольких мегагерц) [89].

В зависимости от требуемой длительности импульса, его амплитуды и формы для построения электропораторов применяют несколько схемотехнических подходов [91]. Для создания импульса микросекундной длительности и больше в качестве коммутирующих элементов используют дискретные полупроводниковые приборы. Чаще всего электропораторы формируют на выходе импульсы, спадающие по экспоненте, генерирующиеся в схеме с полным разрядом накопительного конденсатора [92], или импульсы прямоугольной формы, реализованные при полумостовом соединении транзисторов и нагрузки [93]. Преимуществом таких схемотехнических подходов является высокая воспроизводимость формы импульсов, малый джиттер выходного сигнала, высокая частота следования, полное управление (возможность в любой момент открыть или закрыть транзистор), малые потери и габариты. Основным ограничивающим фактором в таких схемах является коммутатор. Им определяются низкие скорости нарастания сигнала, малые выходные напряжения, сложная система управления, трудности при параллельно-последовательном соединении, низкая устойчивость к высокой скорости нарастания напряжения и невозможность ряда приборов работать в полумостовом режиме из-за больших сквозных токов.

Для генерации импульса напряжения сложной формы используют аналоговые усилители на транзисторах. В своем большинстве они работают в режиме линейного усиления, что вызывает значительную потерю мощности на приборе, и, как следствие, накладывает ограничение на длительность, амплитуду импульсного напряжения и тока. Выходное напряжение таких генераторов не превышает киловольта, а ток ограничен единицами ампер [94, 95].

Для формирования коротких импульсов наносекундной длительности используются резонансные схемы с магнитной компрессией на основе дрейфовых диодов с резким восстановлением [96] и длинных линий [97].

Одной из самых распространенных схем для формирования наносекундных импульсов является схема генератора Блюмляйна [98]. Он включает в себя регулируемый источник напряжения, нагрузочный резистор, передающую линию и коммутатор, выполненный на транзисторе или искровом разряднике.

На выходе такой генератор формирует импульсы прямоугольной формы. Для создания прямоугольного импульса без каких-либо импульсных отражений необходимо согласование импеданса нагрузки с импедансом линии передачи [99]. С помощью данной системы можно получить импульсы с амплитудой в несколько киловольт, длительностью сотни наносекунд, наносекундным фронтом нарастания и частотой единицы мегагерц. К основным недостаткам этой схемы можно отнести жесткие требования к коммутаторам: их способность выдерживать большие напряжения и иметь времена нарастания значительно короче длительности, наличие согласованной нагрузки, импеданс которой на практике при подаче импульсов изменяется. Несмотря на гибкость в управлении, его импульсы нестабильны по амплитуде и длительности, поэтому с его помощью сложно контролировать ввод лекарственного препарата и получать высокую повторяемость экспериментальных результатов.

По сравнению со схемой Блюмляйна резонансные генераторы на диодах обладают более стабильными выходными параметрами [96]. Эти генераторы формируют на выходе импульс гауссообразной (колоколообразной) формы длительностью единицы наносекунд, скоростью нарастания до 1000 В/нс и амплитудой единицы киловольт, током порядка нескольких ампер. Импульс формируется на нагрузке c помощью диода, который прерывает ток в дросселе и коммутирует его на нагрузку. Преимущество применения такой схемы состоит в генерации сигналов высокой амплитуды не на ключевом элементе, что освобождает его от жестких требований по напряжению и быстродействию, высокой скорости нарастания и малой длительности импульсов. Тем не менее, поскольку формирование импульса тока в таких генераторах зависит от резонансных цепей или цепей магнитной компрессии, включающих дроссели с железными либо магнитными сердечниками, это приводит к невозможности изменять амплитуду выходного сигнала в широком диапазоне, длительность импульса, дребезгу амплитуды, большой температурной зависимости, высокому джиттеру выходного сигнала. В дополнение к недостаткам такого вида схемотехнических решений можно отнести низкую эффективность и выходную мощность [91], а также изменение длительности импульса в процессе электропорации вследствие изменения комплексного сопротивления мембраны [100].

Важно отметить, что каждый из приведенных генераторов применяется для определенного объекта: одиночных клеток, слоя клеток или мембраны in vitro или in vivo. При задаче воздействовать на толстую (70 мкм [43]) биологическую мембрану остро встает вопрос о создании генератора, способного генерировать импульсы напряжения, приводящие к временному электропоративному воздействию с дальнейшим восстановлением целостности мембраны. Такой генератор должен формировать на выходе импульсы высокого напряжения (сотни вольт-киловольт) с высокой скоростью нарастания 100 В/нс, регулируемой длительностью от наносекунд до миллисекунд и частотой повторения от единиц герц до сотен килогерц.

Использование импульсов напряжения со стабильными характеристиками для электропорации позволит контролировать параметры наведенного электрического поля [101], оценивать и сравнивать степень проникновения препарата от различных электрофизических параметров. Поэтому перспективным представляется использовать схемы с полным управлением формой импульсов на основе твердотельных коммутаторов.

В качестве ключевых элементов применяют либо кремниевые металл-окисел-полупроводник (МОП)-транзисторы для высоких скоростей открытия, либо биполярные транзисторы с изолированным затвором (БТИЗ) при больших токах. Однако единичные приборы по этим параметрам уступают газоразрядным приборам. Возможным решением этой проблемы будет использование последовательно-параллельного соединения современных транзисторов на основе SiC или GaN, для которых характерны малые времена переключения (>100 В/нс), высокое блокируемое напряжение (1000 В), большие коммутируемые токи (десятки ампер), малая энергия потерь на открытие и закрытие, малый заряд затвора и обратного восстановления реверсивно включенного диода, вместе с применением синхронной схемы управления с джиттером менее 1 нс, стабилизированных источников питания с рабочей частотой до 1 МГц для быстрого регулирования и поддержания требуемого уровня напряжения и системы контроля истекшего заряда.

Использование такого подхода позволит создать электрофизическую установку с контролируемыми и изменяемыми в широком диапазоне значений параметрами, что позволит в перспективе найти оптимальные условия проникновения лекарственных препаратов через различные биологические барьеры, включая биологическую мембрану круглого окна внутреннего уха.

В заключение следует отметить, что традиционные методы доставки лекарств (пероральные, транскутанные) имеют низкую эффективность, вызывают значительные побочные эффекты; интралабиринтные, включающие инжекции препарата через круглое окно, могут привести к потере слуха, инфицированию отделов внутреннего уха. Наиболее широко используемый подход для доставки лекарств к внутреннему уху реализуется интратимпанально и основан на пассивной диффузии препарата через мембрану круглого окна. Такой подход не позволяет доставлять препарат в нужных контролируемых концентрациях. Поэтому для минимизации ущерба слуху и достижения нужной концентрации в перилимфе актуальной задачей является разработка эффективных методов адресной доставки лекарств без разрушения биологических барьеров. Основываясь на вышеизложенном, можно сказать, что проблема адресной доставки лекарств во внутреннее ухо актуальна и может быть решена благодаря применению комплексного подхода, сочетающего электропоративный и инофоретический эффекты, которые могут быть реализованы в биологической мембране круглого окна посредством создания генераторов сигналов специальной формы с регулируемыми параметрами.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflicts of interest.

Сведения об авторах

Крюков А.И. — e-mail: nikio@zdrav.mos.ru; https://orcid.org/0000-0003-0262-248Х

Кунельская Н.Л. — e-mail: nikio@zdrav.mos.ru; https://orcid.org/0000-0002-1001-2609

Шершунова Е.А. — e-mail: eshershunova@gmail.com; https://orcid.org/0000-0001-7581-8008

Ребров И.Е. — e-mail: rbrv.igor@gmail.com; https://orcid.org/0000-0002-4062-0189

Ямщиков В.А. — e-mail: yamschikov52@mail.ru; https://orcid.org/0000-0003-4158-6899

Гаров Е.В. — e-mail: egarov@yandex.ru; https://orcid.org/0000-0003-2473-3113.

Царапкин Г.Ю. — e-mail: tsgrigory@mail.ru; https://orcid.org/0000-0003-2349-7438

Мищенко В.В. — e-mail: lfgr1@rambler.ru; https://orcid.org/0000-0002-6352-2223

Автор, ответственный за переписку: Мищенко В.В. — e-mail: lfgr1@rambler.ru

Крюков А.И., Кунельская Н.Л., Шершунова Е.А., Ребров И.Е., Ямщиков В.А., Гаров Е.В., Царапкин Г.Ю., Мищенко В.В. Топическое введение препаратов во внутреннее ухо. Современное состояние проблемы и перспективы развития. Вестник оториноларингологии. 2019;84(5):6-14. https://doi.org/10.17116/otorino201984051

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail