Wie nicht-invasive Methoden der Arzneimittelverabreichung funktionieren: Nano-Abgabe von Arzneimitteln, Hydrogelen und Nano-Pflastern

Alle modernen nicht-invasiven Methoden der Arzneimittelverabreichung sind in der Regel ein Zielsystem

Lieferung von Arzneimitteln. Dies bedeutet einen gezielten Transport von Arzneimitteln oder Substanzen zu den notwendigen Geweben, Organen und Zellen durch verschiedene Trägervehikel. Derartige Mechanismen verbessern die pharmakologischen und therapeutischen Eigenschaften herkömmlicher Arzneimittel und überwinden Probleme wie begrenzte Löslichkeit, Arzneimittelaggregation, unzureichende Verteilung des Arzneimittels im Gewebe und die Unfähigkeit, einen Punktbehandlungsbereich auszuwählen, die Elimination des Arzneimittels zu steuern und die Schädigung benachbarter Zellen zu verringern. Nicht-invasive Methoden können die Expositionszeit des Arzneimittels an der Stelle der Verletzung verlängern und die optimale Konzentration der Substanz einführen.

Nanodelivery und Hydrogele

System Nanomedizin und Nanodelivery -relativ neuer, aber sich rasch entwickelnder Wissenschaftszweig. Materialien im Nanobereich werden als diagnostische Instrumente oder zur Abgabe von Therapeutika an das erforderliche Organ unter strenger Aufsicht eines Arztes eingesetzt. Die Nanotechnologie hat viele Vorteile bei der Behandlung chronischer Erkrankungen des Menschen mit Hilfe einer spezifischen und gezielten Arzneimittelabgabe.

Naturstoffe haben bereits ihr Hoch gezeigtWirksam bei der Behandlung von Krebs, Diabetes, Herz-Kreislauf-, entzündlichen und mikrobiellen Erkrankungen. Dies ist hauptsächlich auf die Tatsache zurückzuführen, dass Arzneimittel auf der Basis natürlicher Inhaltsstoffe eine geringere Toxizität und Nebenwirkungen aufweisen, relativ kostengünstig sind und ein gutes therapeutisches Potenzial aufweisen.

Probleme im Zusammenhang mit der Biokompatibilitätnatürliche verbindungen sind ein großes problem bei der verwendung als medikamente. Infolgedessen werden viele Naturstoffe nicht nur aus diesen Gründen einem Filter für klinische Versuche unterzogen. Das Einbringen von Arzneimitteln in den Körper durch Injektionen oder die Verwendung herkömmlicher Filmtabletten verursacht schwerwiegende Probleme, einschließlich Instabilität in vivo, schlechte Bioverfügbarkeit und Löslichkeit, unzureichende Absorption im Körper sowie mögliche Nebenwirkungen von Arzneimitteln.

In vivo (aus einer Rüstung. - "in (on) live") - "in einem lebenden Organismus" oder "in einer Zelle".

In vivo bedeutet Wissenschaft, Experimente durchzuführenauf (oder in) lebendem Gewebe in vivo. Eine solche Verwendung des Begriffs schließt die Verwendung eines Teils eines lebenden Organismus (wie bei In-vitro-Tests) oder die Verwendung eines toten Organismus aus. Tierversuche und klinische Studien sind Formen der In-vivo-Forschung.

Weder Injektionen noch Pillen garantieren TrefferMedikamente in dem gewünschten Organ oder Bereich. Folglich kann die Verwendung neuer Arzneimittelabgabesysteme zum Abzielen auf bestimmte Körperteile eine Option sein, die diese kritischen Probleme lösen kann. Die Nanotechnologie spielt eine wichtige Rolle bei neuartigen Arzneimitteln, die auf eine kontrollierte Freisetzung von Arzneimitteln im Körper abzielen.

Warum verbessert die Einnahme von Pillen manchmal den Zustand des Patienten überhaupt nicht?

Der erste Grund ist ziemlich alltäglich - mancheMedikamente wirken am besten, wenn sie zu einer bestimmten Tageszeit oder zu den Mahlzeiten eingenommen werden. Die Leute können einfach vergessen, das Medikament pünktlich einzunehmen, oder die Anweisungen des Arztes über den Zeitpunkt der Einnahme der Medikamente nicht genau beachten, was keine leere Laune des Therapeuten ist. Darüber hinaus kann auch eine gleichzeitige Einnahme von Vitaminen oder Nahrungsergänzungsmitteln die Resorptionsrate und andere eingenommene Medikamente beeinflussen. Darüber hinaus halten sich Patienten manchmal nachlässig an die empfohlene Diät und halten sich nicht daran, obwohl die Produkte Einfluss darauf haben können, wie der Körper die Medikamente einnimmt oder wie sie wirken. Hormonelle Probleme, schlechter Stoffwechsel, schlechter Schlaf, hoher Blutdruck oder eine instabile Arbeit des Magen-Darm-Trakts können ebenfalls die Wirkung von Medikamenten verändern. Daher stellt der Arzt dem Patienten vor der Verschreibung von Medikamenten immer Fragen zu seinem Allgemeinzustand. Jedes der oben genannten Probleme kann als wesentlicher Grund für die Änderung des Behandlungsschemas oder der Dosierung des verschriebenen Arzneimittels angesehen werden.

Jüngste Studien haben gezeigt, dass Materialien inDie Hydrogelform kann verwendet werden, um verschiedene Arzneimittel und Substanzen durch den Magen in eine alkalischere Umgebung abzugeben. Hydrogele sind dreidimensionale polymere Netzwerke, die als hochpermeabel für verschiedene medizinische Verbindungen gelten, einer sauren Umgebung standhalten und anschwellen können und dabei eingeschlossene Moleküle durch ihre Maschenoberflächen freisetzen.

Hydrogel, hergestellt am Massachusetts Institute of Technology. Foto: MIT

Abhängig von der chemischen Zusammensetzung des GelsUm diesen Effekt auszulösen, können verschiedene interne und externe Reize (z. B. Änderungen des pH-Werts, Anlegen eines magnetischen oder elektrischen Feldes, Änderungen der Temperatur und Ultraschallstrahlung) verwendet werden. Danach wird die Geschwindigkeit der Freisetzung des eingefangenen Arzneimittels jedoch ausschließlich durch den Vernetzungskoeffizienten des Polymernetzwerks bestimmt.

In den letzten zwei Jahrzehnten der ForschungHydrogel-Abgabesysteme haben sich hauptsächlich auf Systeme konzentriert, die die Hauptketten von Polyacrylsäure (PAA) enthalten. PAA-Hydrogele sind bekannt für ihre superabsorbierende Fähigkeit und die Fähigkeit, durch Wasserstoffbrückenbindungen lange polymere Netzwerke zu bilden. Darüber hinaus besitzen sie die Eigenschaften ausgezeichneter natürlicher Klebstoffe. Dies bedeutet, dass sie über einen langen Zeitraum an der Schleimhaut des Magen-Darm-Trakts haften bleiben und die eingekapselten Wirkstoffe langsam freisetzen können.

Klebstoff - ein Stoff, der in der Lage ist, Stoffe zu kombinieren, indemOberflächenkupplung. Klebstoffe sind natürlich und synthetisch. Die Klebewirkung des Klebstoffs beruht auf der Schaffung molekularer Bindungen zwischen ihm und den Oberflächen der zu verbindenden Materialien. Mit Klebstoff gefüllte mikroskopische Unregelmäßigkeiten vergrößern die Kontaktfläche zwischen benachbarten Oberflächen. Nach dem Aushärten des Klebers kleben sie zusammen.

Im Jahr 1997 Chemieingenieure von der UniversitätPurdue in West Lafayette, Indiana, berichtete unter der Leitung von Nicholas A. Peppas über die Synthese eines glukosesensitiven Hydrogels, das zur Injektion von Insulin in Diabetespatienten unter Verwendung eines internen pH-Triggers verwendet werden kann. Dieses System weist ein Insulin enthaltendes "Reservoir" auf, das durch eine Hydrogelmembran gebildet wird, in die Glucoseoxidase eingebracht wurde.

Anders als HydrogelsystemeWenn dieses System beim Quellen eingeschlossene medizinische Substanzen absondert, arbeitet es in umgekehrter Weise und komprimiert die Membran- "Tore". Der genaue Auslöser für diesen Mechanismus besteht darin, eine saure Umgebung um das Gel herum zu schaffen. Dies wird erreicht, wenn der Körper einen hohen Zuckergehalt produziert. Glucose interagiert mit der immobilisierten Glucoseoxidase am Gate und bildet Gluconsäure, die wiederum den pH-Wert des Körpers senkt und das Gate öffnet. Somit bestimmen und steuern Ihre eigenen Glucosespiegel die Insulinabgabe. Die Forscher untersuchen derzeit Möglichkeiten zur genauen Steuerung der Geschwindigkeit der Arzneimittelabgabe unter Berücksichtigung der Auswirkungen unterschiedlicher Gate-Größen, der Konzentration des eingefangenen Insulins und der Geschwindigkeit, mit der das Gate geöffnet und geschlossen werden kann.

Tabletten an einer Schnur

Die Aufgabe bei der Entwicklung von LiefersystemenArzneimittel zur Behandlung von Krankheiten wie Tuberkulose sollen die Einfachheit und Sicherheit der Verabreichung ausgleichen und die Dosierung von Arzneimitteln auf mehreren Ebenen optimieren. Während der intensiven Behandlungsphase schluckt ein 60-Pfund-Tuberkulose-Patient fast 100 g Antibiotika pro Monat. Die Einnahme des Medikaments über den Gastrointestinaltrakt bietet viele Vorteile, einschließlich der einfachen Verabreichung, der Immuntoleranz gegenüber einer Vielzahl von Materialien und der Möglichkeit, die Dosierung in Übereinstimmung mit den bestehenden Behandlungsplänen für Tuberkulose auf das nächste Gramm zu optimieren.

Entwicklung eines säurebeständigen SystemsMagen (GRS, Magenresistentes System - „High-Tech“) wird durchgeführt, um sicherzustellen, dass Patienten, die tägliche Medikamente benötigen, rechtzeitig und vollständig behandelt werden. Tabletten, die buchstäblich auf superstabilem Material - Nitinoldraht - aufgereiht sind, werden mit einem Schlauch durch die Nase eingeführt, der nach dem Ort des Systems reicht. GRS ist in der Magenhöhle die ganze vorgeschriebene Zeit für die Einnahme von Medikamenten, Medikamente werden systematisch durch die Wände des Magens resorbiert. Nach Abschluss der Behandlung wird dem Patienten erneut ein Schlauch aufgesetzt, an dessen Ende sich eine Suchvorrichtung zum Anbringen und Entfernen von GRS aus der Magenhöhle befindet. Das Suchgerät besteht aus einem Sensor und einem Magneten, der Magnete an beiden Enden der GRS erkennen und daran anbringen kann. Die gepunkteten Kreise im Bild unten kennzeichnen die Verknüpfung des Suchgeräts mit der GRS. Die Komponenten beider Enden des GRS sind ebenfalls dargestellt - Kleber, Halter und eine Kappe aus Polycaprolacton.

GRS aufgrund der Superelastizität von Nitinol kannZurück in die ursprüngliche Spiralform rollen, um eine kompakte Anordnung in der Magenhöhle nach dem Durchgang durch die Speiseröhre zu erhalten. Dies soll helfen, das Gefühl von Fremdheit und Unbehagen bei Patienten zu vermeiden. Das System wurde an Schweinen mit einem Gewicht von 30 bis 75 kg getestet. Nach einem langen Aufenthalt des Systems im Magen auf den Schleimhäuten des Magens von Tieren trat keine Schädigung, Erosion oder Geschwürbildung auf. Darüber hinaus traten bei ihnen kein Gewichtsverlust, Anzeichen einer Verstopfung des Magen-Darm-Trakts oder Einschränkungen beim Durchtritt von Nahrungsmitteln oder Flüssigkeiten auf. Tabletten für das System werden durch Mischen von Arzneimitteln mit Silikonen hergestellt, zusätzlich werden sie mit einer Polymerbeschichtung überzogen. Der Durchmesser jeder Tablette beträgt 4 mm.

Seitenleiste

Wissenschaftler setzen große Hoffnungen auf dieses System.als Mittel zur Bekämpfung der Tuberkulose, vor allem durch das DOTS-Programm. 1994 unterstützte die WHO die Strategie für die direkte Beobachtung mit dem Short Course of Treatment (DOTS), das derzeit weltweit angewendet wird. DOTS umfasst die tägliche oder dreimal wöchentliche Einnahme von kombinierten oralen TB-Medikamenten in einer bestimmten Klinik in Anwesenheit eines medizinischen Fachpersonals. Um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen, ist derzeit eine umfangreiche Infrastruktur mit entsprechend besetztem medizinischem Personal erforderlich. Die GRS erfordert jedoch keine wöchentliche stationäre Überwachung.

"Hightech" schrieb schon darüber, wie die GruppeForscher der University of California stellten die Entwicklung einer reaktiven Tablette vor, die mit Hilfe von Titandioxid- und Magnesium-Nanopartikeln Wirkstoffe liefern wird.

Innovative Methoden zur Krebsdiagnose und -behandlung

  • Flüssigbiopsie. Wissenschaftler der Universitäten von Kalifornien und Sun Yatsenhaben eine neue Methode zur Diagnose von Leberkrebs entwickelt. Diese Methode basiert auf dem Nachweis von Tumor-DNA in einer Blutuntersuchung. Flüssige Biopsien erkennen Fragmente des Erbguts eines Tumors, der in das Blut gelangt ist. Solche Biopsien sind minimal invasiv und ermöglichen es Ärzten, molekulare Veränderungen in einem Tumor in Echtzeit zu verfolgen. Sie können einen Tumor identifizieren, der in einer MRT noch nicht sichtbar ist. Darüber hinaus können Sie durch eine solche Studie genau herausfinden, ob dieser Tumor bösartig ist oder nicht. Eine konventionelle Biopsie kann diese Frage nur zu einem bestimmten Tumor beantworten, der zur Analyse entnommen wurde. In ihrer Studie analysierten die Forscher Hunderttausende von Blutproben von gesunden Menschen und Patienten mit Leberkrebs. Sie waren in der Lage, die spezifische Zusammensetzung der Methylierungsmarker zu identifizieren, die dieser speziellen onkologischen Erkrankung innewohnen. DNA-Methylierung ist ein Prozess, der die Generzeugung regulieren kann. Eine erhöhte Methylierung der Tumorsuppressorgene ist ein deutliches Zeichen dafür, dass ein Tumor im Körper aufgetreten ist.
  • Nanomaschinen, die Medikamente zur Behandlung von Krebs im Gehirn liefern. Entwicklung reaktiver KrebstherapienForschung wird auch auf dem Gebiet der Gentherapie betrieben, die darauf abzielt, die genetischen Ursachen von Krankheiten zu reduzieren. Die Wissenschaftler konzentrieren sich auf das Prinzip der Einführung eines auf Nukleinsäure basierenden Arzneimittels in den Blutkreislauf - eine kleine störende RNA, die an ein bestimmtes Gen bindet, das Probleme verursacht und dieses deaktiviert. Moderne Nanopartikel sind ungefähr 100 nm breit, aber für einige Krebsarten sind sie zu groß, um das Ziel zu erreichen. Bauchspeicheldrüsenkrebs ist von fibrösen Geweben umgeben, und Gehirnkrebs ist durch Gefäßzellen eng miteinander verbunden. In beiden Fällen sind die verfügbaren Lücken viel kleiner als 100 nm. Wissenschaftler haben bereits einen ziemlich kompakten RNA-Träger geschaffen, der diese Gewebelücken durchdringen kann.
  • Implantat zur Krebsbehandlung. Das MIT und die Zentrale ForschungsgruppeDas Massachusetts Hospital hat ein Implantat zur Einführung von Chemotherapeutika direkt in den Pankreastumor entwickelt. Injektionen von Chemotherapeutika führen nicht immer zu Ergebnissen, da der Tumor nur wenige Blutgefäße enthält und tief genug lokalisiert ist - das Medikament muss zu viele Hindernisse für das Erreichen des Ziels überwinden. Zusätzlich ist die Bauchspeicheldrüse von einer dicken, drahtigen Schicht umgeben, die das Eindringen von Medikamenten verhindert. Ein von Wissenschaftlern entwickelter PLGA-Film wird in einen dünnen Schlauch gerollt und in einen Katheter eingeführt, wonach er implantiert wird. Wenn der Film die Drüse erreicht, entfaltet er sich und passt sich der Form des Tumors an. Medikamente, die auf den Film aufgetragen werden, beginnen nach einer festgelegten Zeitspanne zu wirken. Die Rückseite des Implantats wird nicht abgedeckt, um unerwünschte Nebenwirkungen zu minimieren.

Nano-Putze

Im Januar 2019 David Hoy, GeneralDer Direktor von Vaxxas sprach über die Arbeiten zur Verbesserung der Wirksamkeit von Impfstoffen unter Verwendung einer neuen Technologie zur Abgabe von Impfstoffen namens Nanopatch (Nano-Pflaster - "High-Tech"). Das Prinzip von Nanopatch besteht darin, Tausende von Mikronadeln auf einer kleinen Fläche zu verwenden, die die äußeren Hautschichten ohne schwerwiegende Folgen perforieren. An den Enden der Nanopatch-Mikronadeln befindet sich die spärliche Substanz des Impfstoffs, die mit Immunzellen direkt unter der Hautoberfläche reagiert. Auf diese Weise können Sie effektiv Antigene an die Lymphknoten abgeben, um eine schnelle Immunantwort zu erzielen. In Tierversuchen wurde nachgewiesen, dass nur 1/10 bis 1/100 der aktuellen Impfstoffdosis, die mit einem Nano-Pflaster in den Körper gelangt, mit einer Spritzeninjektion eine Immunantwort auslösen kann, die einer vollen Dosis entspricht. Darüber hinaus können die für die Nanopayment verwendeten Impfstoffe so gestaltet werden, dass sie keine besonderen Lagerbedingungen erfordern. Dies ist ein großer potenzieller Sieg für die Märkte der Entwicklungsländer. Um einen Impfstoff aus einem Nano-Pflaster zu erhalten, müssen Sie nicht auf die Hilfe von Gesundheitspersonal zurückgreifen. Die Methode ist so einfach, dass sie zu Hause angewendet werden kann.

Nano-Pflaster

Forscher haben vorgeschlagen, Mikronadeln zu verwendenZur Versorgung der Netzhautpatienten, bei denen das Risiko besteht, dass sie aufgrund ihrer Ablösung das Augenlicht verlieren, ist Lucentis ein Medikament, das diesen Prozess verhindern kann. Die Nadeln lösen sich innerhalb von nur 30 Sekunden auf und der Patient hat keine Schmerzen.

Auch Nanokunststofftechnologie kann eingesetzt werdenals Verhütungsmittel. Die Mikronadeln eines Nanoplasters bestehen aus Polymeren und enthalten als Wirkstoff Levonorgestrel. Die Bestandteile der Mikronadeln lösen sich allmählich im Blut auf und schützen innerhalb eines Monats vor ungewollter Schwangerschaft.

Vielleicht ist unsere Zukunft bald drastischwird sich ändern. Wir werden ganz anders behandelt - die Nanoröhrchen geben Medikamente direkt in den Magen oder in Form von Zubereitungen auf Hydrogelbasis ab und wir impfen uns zu Hause. Trotzdem ist es wichtig, Ihre Gesundheit zu überwachen, rechtzeitig einen Arzt aufzusuchen und sich nicht nur auf neue medizinische Technologien zu verlassen.