System dostarczania leków inspirowany pasożytem

Prof.David Gracias jest dyrektorem studiów podyplomowych na Department of Chemical and Biomolecular Engineering w Johns Hopkins University. Rozmawiał z redaktorem zlecającym BBC Science Focus, Jasonem Goodyerem, na temat swojej ostatniej pracy nad mikrourządzeniami inspirowanymi biologicznie, które mogą uwalniać leki bezpośrednio do układu pokarmowego pacjenta .

Oparłeś technologię na pasożytniczych tęgoryjcach. Skąd ten pomysł?

Próbowaliśmy dostarczać leki przez przewód pokarmowy, a to jest ogromne wyzwanie, ponieważ przewód pokarmowy ma błonę śluzową – warstwę śluzu. To trochę jak przenośnik taśmowy, ciągle się porusza. Porusza się i zrzuca [komórki] w różnych częściach w różnym tempie.

Jesteśmy przyzwyczajeni do używania łatki do kontrolowanego uwalniania na zewnątrz ciała, ale jeśli umieścisz podobny plaster po wewnętrznej stronie, nie zostanie on zachowany. Zastanawialiśmy się więc, jak natura rozwiązuje ten problem? Wiedzieliśmy, że istnieją robaki i inne organizmy, które kolonizują i żyją w przewodzie pokarmowym przez długi czas. Więc zaczęliśmy się im przyglądać. Wbijają się w błonę śluzową, więc wpadliśmy na nowy pomysł, żeby to zrobić.

Jak duże są theragrippers i z czego są zrobione?

Mają około ćwierć milimetra, więc są ledwo widoczne dla ludzkiego oka. I są wykonane z metali i polimerów.

Jak wybrałeś ich rozmiar?

Często ją optymalizujemy i jest to zależne od konkretnego zastosowania. Większe rozmiary mogą potencjalnie przechowywać więcej leków, ale stają się one bardziej inwazyjne. Ludzie zrobili ogromne urządzenia o skali centymetrowej. Ale istnieje ryzyko zatorów i innych problemów, więc naszym zdaniem mniejsze jest mniej uciążliwe. Ale wtedy potrzebujemy ich więcej, aby osiągnąć określoną ilość leków do dostarczenia.

Jak wygląda produkcja czegoś tak malutkiego?

Używamy podobnych procesów jak w branży mikroczipów, dlatego są one wykonywane na podłożach wafli krzemowych. Wykonane są w procesie zwanym fotolitografią, który jest standardowym koniem roboczym w mikro-produkcji. Robiąc to, możemy zrobić ich tysiące jednocześnie na waflu, co sprawia, że ​​jest opłacalny.

Kiedy pacjent je przyjmuje, w jaki sposób theragrippers uwalniają lek?

Można je przyjmować doustnie lub przez lewatywę. Zasada działania jest jak obciążona sprężyna. Lub możesz o tym myśleć jak o pułapce na myszy. Tak więc zamiast sprężyny spiralnej istnieją cienkie folie, które są poddawane naprężeniom i chcą się uwolnić. Ale idea jest taka sama.

Ograniczamy je, używając tego, co nazywamy wyzwalaczem polimerowym i pracujemy z różnymi wyzwalaczami polimerowymi, aby je wytworzyć, abyśmy mogli dostroić wyzwalacz polimerowy do środowiska wokół chwytaka. Na przykład w tym referacie używamy wyzwalacza reagującego na temperaturę. Schładzamy je, a ponieważ są zimne, wyzwalacz temperatury utrzymuje je płasko. W naszych testach na zwierzętach, kiedy dostają się do organizmu, równoważą się termicznie z ciałem, które ma wyższą temperaturę około 37°C i to je wyzwala. Zasadniczo możesz je wywołać przez wiele różnych specyficznych środowisk w ciele, na przykład pH lub biomolekuły.

Po uruchomieniu, jak przyczepiają się do błony śluzowej?

Theragrippers mają pazury, a pazury uwalniają znaczną siłę i przyczepiają się. Lek jest nakładany na plaster [trzymany w środku] i dyfunduje.

Po lewej stronie znajduje się otwarty termozaczep, zagruntowany do zamknięcia sprężynowego; ten po prawej zamknął się, chwytając jelito i uwalniając swój ładunek © Johns Hopkins University

Dlaczego tak ważne jest posiadanie systemów, które są powolne?

Istnieje wiele czynników motywujących do dostarczania leków o przedłużonym uwalnianiu. Jednym z nich jest zgodność. Na początku artykułu mówimy o rocznej kwocie 600 miliardów dolarów marnotrawstwa w związku z niedoskonałym przestrzeganiem zasad leczenia. Oznacza to, że jeśli dojdzie do jakiegoś schorzenia i będziesz musiał zażywać lekarstwa, możesz zapomnieć o ich zażyciu lub możesz je pominąć, więc przestrzeganie i stosowanie się do nich jest trudne i jest to jeden z czynników motywujących. Jeśli masz system, który nieustannie uwalnia lek, nie musisz przyjmować wielu dawek.

Po drugie, przedłużone uwalnianie może utrzymać jednolity poziom leku, zamiast mieć wiele skoków, na przykład za każdym razem, gdy bierzesz pigułkę, dostajesz skok.

I ostatnia, że ​​żyjemy w świecie, w którym chcemy wygody i nie chcemy się tym martwić. Widać, że w produktach takich jak na przykład plastry nikotynowe ludzie po prostu je zakładają, a potem mogą o tym zapomnieć na resztę dnia.

Jaki rodzaj schorzeń można leczyć za pomocą Theragrippers?

Przyglądamy się różnym zastosowaniom. Podczas naszej obecnej demonstracji używaliśmy środka przeciwbólowego, ale przyglądamy się innym lekom.

Jaki jest obecny etap i gdzie chciałbyś przejść dalej?

Jest wiele emocji w tym nowym obszarze dynamicznych, inteligentnych maszyn i robotyki. Jestem zdecydowanie podekscytowany, że mogę być częścią tej wizji przyszłości medycyny, którą jest idea zaawansowanych terapii. Ukuliśmy ten termin „terapeutyka materii aktywnej” [aby opisać ten nowy styl medycyny] i myślę, że będzie to dominujący paradygmat przez kilka następnych dziesięcioleci, gdy będziemy uczynić lekarstwa bardziej wydajnymi, bezpieczniejszymi i skuteczniejszymi.

Są dwie drogi, którymi staramy się podążać. Jedna to strona inżynieryjna – patrzymy na użycie kapsułek i umieszczenie ich w innych częściach ciała. Jakich rozmiarów możemy używać? Jakie leki możemy załadować? Planujemy wiele badań inżynieryjnych. Od strony klinicznej chcielibyśmy ostatecznie przedstawić to ludziom. Przejście od laboratorium do zwierzęcia, co zrobiliśmy, to duży skok, ale przejście od zwierzęcia do człowieka to kolejny skok, głównie ze względów bezpieczeństwa.

Mój współpracownik, Florin Selaru, jest praktykującym gastroenterologiem, więc jest to świetna współpraca, ponieważ przede wszystkim jestem inżynierem, ale jest lekarzem i wykonuje wiele zabiegów z pacjentami.

Źródło: Jason Goodyer

Gastrointestinal-resident, shape-changing microdevices extend drug release in vivo

Zdjęcie: Getty Images

Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x