Jak neinvazivní metody podávání léků fungují: nanodávkování léků, hydrogelů a nano-omítek

Všechny moderní neinvazivní metody podávání léčiv jsou zpravidla systémem cíle

dodávání léčiv. To znamená selektivní transport léčiv nebo látek do nezbytných tkání, orgánů a buněk prostřednictvím různých nosných nosičů. Takové mechanismy zlepšují farmakologické a terapeutické vlastnosti konvenčních léčiv a překonávají takové problémy, jako je omezená rozpustnost, agregace léčiva, nedostatečná distribuce léčiva v tkáních a neschopnost vybrat bodovou léčebnou oblast, kontrola eliminace léčiva a snížení poškození sousedních buněk. Neinvazivní metody mohou prodloužit dobu vystavení léčiva v místě poranění a zavést optimální koncentraci látky.

Nanodelivery a hydrogely

Systém nanomedicine a nanodelivery -relativně nové, ale rychle se rozvíjející odvětví vědy. Materiály v rozsahu nanočástic se používají jako diagnostické nástroje nebo pro podávání cílených terapeutických činidel, do nezbytného orgánu, pod pečlivým dohledem lékaře. Nanotechnologie má mnoho výhod v léčbě chronických lidských nemocí s pomocí specifického a cíleného podávání léků.

Přírodní látky již prokázaly své vysoké hodnotyúčinné při léčbě rakoviny, diabetu, kardiovaskulárních, zánětlivých a mikrobiálních onemocnění. To je způsobeno především tím, že léčiva na bázi přírodních složek mají nižší toxicitu a vedlejší účinky, jsou relativně levné a vykazují dobrý terapeutický potenciál.

Problémy související s biokompatibilitoupřírodní sloučeniny jsou velkým problémem při užívání jako léčiva. V důsledku toho mnoho přírodních sloučenin nepodléhá filtru pro klinické zkoušky pouze z těchto důvodů. Zavedení léčiv do těla injekcemi nebo použitím běžných filmem potažených tablet vytváří vážné problémy, včetně nestability in vivo, špatné biologické dostupnosti a rozpustnosti, nedostatečné absorpce v těle, jakož i možných vedlejších účinků léčiv.

In vivo (z brnění. - "in (on) live") - „uvnitř živého organismu“ nebo „uvnitř buňky“.

V in vivo vědě znamená provádění experimentůna (nebo uvnitř) živé tkáně in vivo. Takové použití termínu vylučuje použití části živého organismu (jak to je děláno in vitro testy) nebo použití mrtvého organismu. Testy na zvířatech a klinické studie jsou formy in vivo výzkumu.

Ani injekce ani tabletky nezaručilyléky v požadovaném orgánu nebo oblasti. V důsledku toho může být volba nových systémů pro podávání léků k cílení na konkrétní části těla možností, která může tyto kritické problémy vyřešit. Nanotechnologie hraje důležitou roli v pokročilých lécích zaměřených na řízené uvolňování léků uvnitř těla.

Proč někdy pilulky nezlepšují stav pacienta vůbec?

První důvod je docela běžný - někteříléky fungují nejlépe, když jsou užívány v určitém denním období nebo s jídlem. Lidé mohou jednoduše zapomenout vzít lék včas nebo nevenovat náležitou pozornost instrukcím lékaře o době užívání léků, která není prázdným rozmyslem terapeuta. Kromě toho, i paralelní příjem vitaminů nebo doplňků stravy může ovlivnit rychlost absorpce a jiných léků. Kromě toho jsou pacienti někdy nedbalost doporučenou dietu a neřídí se jí, navzdory skutečnosti, že produkty mohou ovlivnit způsob, jakým tělo bere léky nebo jak fungují. Hormonální problémy, špatný metabolismus, špatný spánek, vysoký krevní tlak nebo nestabilní činnost gastrointestinálního traktu mohou také změnit účinek léků, takže před předepsáním léků se lékař vždy ptá na otázky pacienta týkající se jeho celkového stavu. Jakýkoliv z výše uvedených problémů může být považován za významný důvod pro změnu léčebného režimu nebo dávkování předepsaného léku.

Nedávné studie ukázaly, že materiály vforma hydrogelu může být použita pro dodávání různých léků a látek žaludkem do alkaličtějšího prostředí. Hydrogely jsou trojrozměrné polymerní sítě, které jsou považovány za vysoce propustné pro různé léčivé sloučeniny, vydrží kyselé prostředí a bobtnají, čímž uvolňují zachycené molekuly přes jejich povrchy ok.

Hydrogel, vytvořený na Massachusetts Institute of Technology. Foto: MIT

V závislosti na chemickém složení geluK aktivaci tohoto efektu mohou být použity různé vnitřní a vnější podněty (například změny pH, aplikace magnetického nebo elektrického pole, změny teploty a ultrazvukové záření). Po této době je však rychlost zachyceného uvolňování léčiva určena pouze koeficientem zesítění polymerní sítě.

Během posledních dvou desetiletí výzkumuHydrogel dodávající systémy se zaměřily především na systémy obsahující hlavní řetězce kyseliny polyakrylové (PAA). PAA hydrogely jsou známy svou superabsorbční schopností a schopností tvořit dlouhé polymerní sítě pomocí vodíkových vazeb. Kromě toho mají vlastnosti vynikajících přírodních lepidel. To znamená, že se mohou držet na sliznici gastrointestinálního traktu po dlouhou dobu, pomalu uvolňující zapouzdřené léky.

Lepidlo - látka schopná kombinovat materiálypovrchová spojka. Lepidla jsou přírodní a syntetická. Adhezivní působení lepidla je založeno na vytvoření molekulárních vazeb mezi ním a povrchy spojovaných materiálů. Mikroskopické nepravidelnosti vyplněné lepidlem zvyšují kontaktní plochu mezi sousedními povrchy. Po vytvrzení lepidla se lepí dohromady.

V roce 1997 chemičtí inženýři z univerzityPurdue ve West Lafayette, Indiana, vedený Nicholasem A. Peppasem, popsal syntézu hydrogelu citlivého na glukózu, který může být použit k injekční aplikaci inzulínu do diabetických pacientů s použitím interního spouští pH. Tento systém obsahuje "rezervoár" obsahující inzulín tvořený hydrogelovou membránou, do které byla umístěna oxidáza glukózy.

Na rozdíl od hydrogelových systémů, kterépři opuchu vylučují uvězněné léčivé látky, tento systém funguje opačným způsobem a stlačuje membránové "brány". Přesná spoušť pro tento mechanismus zahrnuje vytvoření kyselého prostředí kolem gelu. Toho je dosaženo, když tělo produkuje vysoké hladiny cukru; glukóza interaguje s imobilizovanou oxidázou glukózy v bráně a tvoří kyselinu glukonovou, která zase snižuje tělesné pH a způsobuje otevření brány. Tudíž vaše vlastní hladiny glukózy určují a řídí podávání inzulínu. Vědci v současné době zkoumají způsoby, jak přesně kontrolovat rychlost podávání léků, s přihlédnutím k účinkům měnící se velikosti brány, koncentraci zachyceného inzulínu a rychlosti, s jakou se brána může otevřít a zavřít.

Tablety na provázku

Úkol ve vývoji dodávkových systémůléky pro léčbu onemocnění, jako je tuberkulóza, je vyvážení jednoduchosti a bezpečnosti podávání a optimalizace dávkování léků na několika úrovních. Během fáze intenzivní léčby pacient s tuberkulózou o objemu 60 liber polkne téměř 100 g antibiotik měsíčně. Užívání léků přes gastrointestinální trakt poskytuje mnoho výhod, včetně snadnosti podávání, imuno-tolerance vůči širokému spektru materiálů a schopnosti optimalizovat dávkování s přesností na jeden gram v souladu s existujícími režimy léčby tuberkulózy.

Vývoj systému odolného vůči kyselinámŽaludek (GRS, žaludeční rezistentní systém - „High-tech“) je prováděn za účelem zajištění toho, aby pacienti, kteří potřebují denní léčbu, včas a kompletní léčbu. Tablety, doslova navlečené na povrstveném materiálu - nitinolovém drátu, jsou vloženy skrz nos trubkou, která je po umístění systému vyjmuta. GRS je v žaludeční dutině po celou dobu užívání léků, léčivé látky se systematicky vstřebávají přes stěny žaludku. Po ukončení léčby je pacient opět umístěn do zkumavky, na jejímž konci je vyhledávací zařízení pro připojení a odstranění GRS z dutiny žaludku. Vyhledávací zařízení se skládá ze senzoru a magnetu, který dokáže detekovat a připojit k magnetům na každém konci GRS. Tečkované kruhy na obrázku níže ukazují spojení vyhledávacího zařízení s GRS. Jsou také uvedeny komponenty obou konců GRS - lepidlo, držák a víčko polykaprolaktonu.

GRS v důsledku superelasticity nitinolu můžestočit zpět do svého původního spirálového tvaru pro kompaktní uspořádání v žaludeční dutině po průchodu jícnem, který by měl pomoci vyhnout se pocitu cizího a nepohodlí u pacientů. Systém byl testován na prasatech o hmotnosti od 30 do 75 kg. Po dlouhém pobytu systému v žaludku na sliznicích žaludku zvířat nedošlo k žádnému poškození, erozi nebo ulceraci. Kromě toho nezažili ztrátu hmotnosti, známky obstrukce gastrointestinálního traktu nebo omezení průchodu potravy nebo tekutin. Tablety pro systém jsou vyrobeny smícháním léčiv se silikony, navíc jsou potaženy polymerním povlakem. Průměr každé tablety je 4 mm.

Boční panel

Vědci mají pro tento systém velké naděje.jako prostředek boje proti tuberkulóze, především prostřednictvím programu DOTS. V roce 1994 schválila WHO strategii přímého pozorování s krátkým průběhem léčby (DOTS), která je v současnosti přijímána po celém světě. DOTS zahrnuje užívání perorálních kombinovaných léků proti TB na konkrétní klinice za přítomnosti zdravotníka každý den nebo třikrát týdně. Dosažení požadovaných výsledků vyžaduje v současné době značnou infrastrukturu s řádně personálně vybaveným zdravotnickým personálem, ale GRS nevyžaduje týdenní monitorování pacienta.

"Hightech" již psal o tom, jak skupinaVýzkumníci z University of California představili vývoj reaktivní tablety, která s pomocí oxidu titaničitého a nanočástic hořčíku dodá léky.

Inovační metody diagnostiky a léčby rakoviny

  • Kapalná biopsie. Vědci z univerzit v Kalifornii a Sun Yatsenvyvinuli novou metodu pro diagnostiku rakoviny jater. Tato metoda je založena na detekci nádorové DNA v krevním testu. Kapalné biopsie detekují fragmenty genetického materiálu nádoru, který vstoupil do krve. Tyto biopsie jsou minimálně invazivní a umožňují lékařům sledovat v reálném čase molekulární změny v nádoru. Můžete identifikovat nádor, který ještě není viditelný na MRI. Kromě toho můžete prostřednictvím takové studie zjistit, zda je tento nádor zhoubný nebo ne. Konvenční biopsie může na tuto otázku odpovědět pouze na určitý kus nádoru, který byl odebrán pro analýzu. Výzkumníci ve své studii analyzovali stovky tisíc vzorků krve od zdravých lidí a pacientů trpících rakovinou jater. Byli schopni identifikovat specifické složení methylačních markerů, které jsou v tomto onkologickém onemocnění vlastní. Methylace DNA je proces, který může regulovat generování genů. Zvýšená methylace nádorových supresorových genů je jasným znakem toho, že se v těle objevil nádor.
  • Nanomachines dodávat lék v léčbě rakoviny v mozku. Vyvinout reaktivní léčbu rakovinyProbíhá také výzkum v oblasti genové terapie, jejímž cílem je snížení genetických příčin nemocí. Vědci se zaměřují na princip zavedení léku na bázi nukleové kyseliny do krevního oběhu - malé interferující RNA, která se váže na specifický gen způsobující problémy a deaktivuje ho. Moderní nanočástice jsou široké asi 100 nm, ale pro některé druhy rakoviny jsou příliš velké, aby dosáhly cíle. Rakovina slinivky břišní je obklopena vláknitými tkáněmi a rakovina mozku je pevně spojena s vaskulárními buňkami. V obou případech jsou dostupné mezery mnohem menší než 100 nm. Vědci již vytvořili poměrně kompaktní nosič RNA, který může těmito mezerami v tkáních proniknout.
  • Implantát pro léčbu rakoviny. MPO a ústřední výzkumná skupinaMassachusetts nemocnice vyvinula implantát pro zavedení chemoterapeutických léků přímo do nádoru slinivky břišní. Injekce chemoterapeutických léků ne vždy dávají výsledky, protože nádor obsahuje málo krevních cév a je umístěn dostatečně hluboko - lék musí projít příliš mnoha bariérami pro dosažení cíle. Kromě toho je slinivka obklopena silnou, drátěnou vrstvou, která zabraňuje pronikání léků. Film PLGA, vyvinutý vědci, je navinut do tenké zkumavky a vložen do katétru, po kterém je implantován. Když film dosáhne žlázy, rozevře se a přizpůsobí tvaru nádoru. Léky aplikované na film začnou působit po určité době. Zadní strana implantátu je nezakrývá, aby se minimalizovaly nežádoucí vedlejší účinky.

Nano-omítky

V lednu 2019 David Hoy, generálŘeditel společnosti Vaxxas hovořil o práci na zlepšení účinnosti očkovacích látek pomocí nové technologie pro dodávání vakcín nazvaných Nanopatch (nano-omítka - „High-tech“). Principem Nanopatch je použití tisíců mikronů v jedné malé oblasti, které perforují vnější vrstvy kůže bez závažných následků. Na koncích mikromolekul Nanopatch, skromná látka vakcíny, která reaguje s imunitními buňkami přímo pod povrchem kůže. To vám umožní efektivně dodávat antigeny do lymfatických uzlin pro rychlou imunitní reakci. Během testů na zvířatech bylo prokázáno, že pouze 1/10 až 1/100 současné dávky vakcíny, která vstoupila do těla pomocí nanoplastiky, může vyvolat imunitní odpověď ekvivalentní plné dávce injekční stříkačkou. Kromě toho mohou být vakcíny aplikované na nanopayment navrženy tak, aby nevyžadovaly zvláštní podmínky skladování, a to je obrovský potenciální vítězství pro trhy rozvojových zemí. Kromě toho, aby si vakcínu z nano-omítky, nebudete muset uchýlit k pomoci zdravotnických pracovníků, způsob jeho použití je tak jednoduché, že lze použít doma.

Nano omítka

Výzkumníci navrhli použití mikronůlék, který může tomuto procesu zabránit, je dodáván pacientům na sítnici, kterým hrozí ztráta zraku v důsledku jeho odchlípení. Jehly se budou rozpouštět během pouhých 30 sekund a pacient nebude trpět bolestí.

Lze použít také nanoplastickou technologiijako antikoncepce. Mikrotrubičky nanoplasteru jsou vyrobeny z polymerů a obsahují účinnou látku levonorgestrel. Složky mikronů se postupně rozpouštějí v krvi a během jednoho měsíce chrání před nechtěným těhotenstvím.

Snad brzy bude naše budoucnost drastickyse změní. Budeme s nimi zacházet zcela jinak - nanotrubičky dodají léky přímo do žaludku nebo ve formě přípravků na bázi hydrogelů a očkujeme se doma. Navzdory tomu bude stále důležité sledovat vaše zdraví, včas se poradit s lékařem a nejen se spoléhat na nové lékařské technologie.