Один укол заменит ежедневный прием лекарств
Ученые изготовили микрочастицы, которые растворяются внутри организма человека и выпускают лекарство. В зависимости от состава полимера, из которого они сделаны, препарат высвобождается в разные дни. Такая технология позволит пациентам делать всего один укол и получать препарат регулярно на протяжении нескольких недель. Микрочастицы потенциально могут использоваться при химиотерапии: лекарство не будет распространяться по организму. Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Materials.
Сегодня более 50% населения во всем мире ежедневно принимают хотя бы одно лекарство. Однако не все люди соблюдают необходимый режим их приема: около 50% пациентов с хроническими заболеваниями пропускают уколы или не выпивают препарат. Такое поведение приводит к гибели людей и дополнительным расходам на здравоохранение. Одним из решений этих проблем может быть уменьшение необходимой частоты приема лекарств. Однако многие заболевания, включая рак, диабет и депрессию, обычно лечатся частыми, повторными приемами лекарств в течение длительного времени. Некоторые люди вынуждены принимать препараты даже несколько раз в день, чтобы поддерживать эффективный и безопасный уровень препарата в организме. Таким образом, система, которая позволит принимать препараты реже без вреда для здоровья, решит проблемы современного здравоохранения и упростит жизнь людей.
Ученые из Университета Райса (США) разработали универсальный метод инкапсулирования лекарства в микрочастицы, которые со временем растворяются и высвобождают препарат. Метод получил название PULSED. Авторы с помощью 3D-печати и мягкой литографии изготавливали микроцилиндры из биоразлагаемых полимеров. Эти вещества широко используются в клинической практике. Ученые с помощью пьезоэлектрических дозирующих устройств заполняли микроструктуры лекарственным средством и закрывали. При этом исследователи использовали бесконтактный нагрев от горячей плиты; полимер протекал через отверстие и формировал сплошную, герметичную оболочку вокруг лекарства. В результате получались капсулы с диаметром 0,4 мм.
Скорость, с которой микрочастицы высвобождают препарат, ученые установили в буферном растворе, имитирующем среду организма. Микрочастицы выпускали большую часть своего содержимого на 8-й, 14-й, 18-й и 31-й день. При этом скорость высвобождения зависела от состава полимера. То есть, изменяя рецептуру полимера, авторы создали разные типы капсул, каждый из которых в свое время растворялся и выпускал лекарство. Такой способ инкапсулирования и переноса препарата позволит поддерживать в организме человека постоянный уровень лекарства на протяжении всего лечения. Кроме того, микрочастицы будут оставаться на месте, пока не растворятся. Это может быть полезно для доставки лекарств, например, в раковую опухоль.
Изменение условий, таких как кислотность раствора или температура, несильно повлияло на высвобождение препарата. Как предполагают ученые, даже тяжелая продолжительная лихорадка вряд ли значительно ускорит высвобождение лекарств. Авторы проверили работу капсул в организме мышей. Лекарство высвобождалось примерно в те же дни.
Наполнение частиц с помощью пьезоэлектрических дозирующих устройств может затрудняться большой вязкостью лекарства. Ученые предложили использовать шприцевой насос для выдавливания высоковязких соединений. Исследователям даже удалось загрузить препараты, которые вовсе не растворяются в воде. Такое дополнение общей технологии позволит наполнять лекарства в гораздо больших концентрациях, что потенциально может снизить стоимость изготовления частиц и увеличить производительность.
Стандартные частицы, разработанные учеными, легко проходили через иглу 18-го калибра, которая широко применяется в медицинской практике, например, для внутривенного забора крови. Но, несмотря на это, исследователи создали микрочастицы с диаметром 0,1 мм. Они проходили через еще более тонкие иглы 30-го калибра. Такие иглы обычно используются для введения инсулина. Таким образом, авторам удалось снизить дискомфорт, который могут испытывать пациенты при уколе.
«Наша мотивация для этого конкретного проекта на самом деле происходила из области вакцинации. При вакцинации часто требуется многократное распределение доз в течение нескольких месяцев. Это действительно трудно сделать в странах с низким и средним уровнем дохода из-за проблем с доступностью медицинской помощи. Идея заключалась в следующем: "Что, если бы мы создали частицы, которые проявляют пульсирующее высвобождение?" И мы предположили, что структура "вакцина внутри биоразлагаемой полимерной оболочки" позволит высвобождать лекарство по принципу "все или ничего" и устанавливать отсроченные сроки выпуска», — рассказывают авторы исследования.