Wszystkie nowoczesne nieinwazyjne metody podawania leków z reguły stanowią system celowany
Nanodelivery i hydrożele
System nanomedycyny i nanoprzesyłania -stosunkowo nowa, ale szybko rozwijająca się dziedzina nauki. Materiały w skali nano wykorzystywane są jako narzędzia diagnostyczne lub do celowanego dostarczania środków terapeutycznych do żądanego narządu, pod stałym nadzorem lekarza. Nanotechnologia ma wiele zalet w leczeniu przewlekłych chorób człowieka poprzez specyficzne i ukierunkowane dostarczanie leków.
Naturalne związki wykazały już swój wysoki poziomskuteczność w leczeniu chorób nowotworowych, cukrzycy, chorób układu krążenia, zapalnych i drobnoustrojowych. Dzieje się tak głównie dlatego, że leki oparte na naturalnych składnikach charakteryzują się mniejszą toksycznością i skutkami ubocznymi, są stosunkowo niedrogie i wykazują duży potencjał terapeutyczny.
Jednak kwestie związane z biokompatybilnościąnaturalne związki są dużym problemem, gdy są stosowane jako leki. W związku z tym wiele naturalnych związków nie jest poddawanych badaniu klinicznemu wyłącznie z tych powodów. Wprowadzenie leków do organizmu poprzez zastrzyki lub stosowanie konwencjonalnych tabletek powlekanych powoduje poważne problemy, w tym niestabilność in vivo, słabą biodostępność i rozpuszczalność, niedostateczne wchłanianie w organizmie, jak również możliwe działania niepożądane leków.
In vivo (z pancerza. - „na żywo”)- „wewnątrz żywego organizmu” lub „wewnątrz komórki”.
W in vivo nauka oznacza prowadzenie eksperymentówna żywej tkance (lub wewnątrz) in vivo. Takie użycie tego terminu wyklucza użycie części żywego organizmu (jak to się robi w testach in vitro) lub użycie martwego organizmu. Badania na zwierzętach i próby kliniczne są formami badań in vivo.
Ani zastrzyki, ani pigułki nie gwarantują trafienialek w wymaganym narządzie lub okolicy. W związku z tym zastosowanie nowych systemów dostarczania leków do określonych części ciała może być opcją, która może rozwiązać te krytyczne problemy. Nanotechnologia odgrywa ważną rolę w zaawansowanych lekach mających na celu kontrolowane uwalnianie leków w organizmie.
Dlaczego czasami zażywanie tabletek wcale nie poprawia stanu pacjenta?
Pierwszy powód jest dość banalny - niektóreleki działają najlepiej, gdy są przyjmowane o określonych porach dnia lub podczas posiłków. Zdarza się, że ludzie po prostu zapominają o przyjęciu leków na czas lub nie zwracają należytej uwagi na zalecenia lekarza dotyczące przyjmowania leków, co nie jest czczą fanaberią terapeuty. Ponadto nawet równoległe przyjmowanie witamin czy suplementów diety może mieć wpływ na szybkość wchłaniania innych przyjmowanych leków. Ponadto pacjenci czasami nie dbają o zaleconą dietę i jej nie przestrzegają, mimo że spożywane pokarmy mogą wpływać na to, jak organizm przyjmuje leki lub na ich działanie. Problemy hormonalne, zły metabolizm, słaby sen, wysokie ciśnienie krwi czy niestabilność przewodu pokarmowego również mogą zmienić działanie leków, dlatego przed przepisaniem leków lekarz zawsze zadaje pacjentowi pytania dotyczące jego ogólnego stanu. Każdy z powyższych problemów można uznać za istotny powód do zmiany schematu leczenia lub dawkowania przepisanego leku.
Ostatnie badania wykazały, że materiały wpostać hydrożelu może być stosowana do dostarczania różnych leków i substancji przez żołądek do bardziej zasadowego środowiska. Hydrożele to trójwymiarowe sieci polimerowe, które są uważane za wysoce przepuszczalne dla różnych związków leczniczych i mogą wytrzymać środowisko kwaśne oraz pęcznieć, uwalniając w ten sposób uwięzione cząsteczki przez ich powierzchnie sieci.
Hydrogel, stworzony w Massachusetts Institute of Technology. Zdjęcie: MIT
W zależności od składu chemicznego żeluRóżne bodźce wewnętrzne i zewnętrzne (na przykład zmiany pH, zastosowanie pola magnetycznego lub elektrycznego, zmiany temperatury i promieniowanie ultradźwiękowe) mogą być wykorzystane do wywołania tego efektu. Jednakże, po tym, szybkość wychwytywania uwalnianego leku jest określana wyłącznie przez współczynnik sieciowania sieci polimerowej.
Przez ostatnie dwie dekady badańHydrożelowe systemy dostarczania skupiały się głównie na układach zawierających główne łańcuchy kwasu poliakrylowego (PAA). Hydrożele PAA są znane ze swojej superabsorbującej zdolności i zdolności do tworzenia długich sieci polimerowych za pomocą wiązań wodorowych. Ponadto mają one cechy doskonałych naturalnych klejów. Oznacza to, że mogą przyklejać się do błony śluzowej przewodu pokarmowego przez długi czas, powoli uwalniając kapsułkowane leki.
Klej- substancja zdolna do łączenia materiałów poprzezprzyczepność powierzchniowa. Kleje mogą być naturalne lub syntetyczne. Działanie mocujące kleju opiera się na tworzeniu wiązań molekularnych pomiędzy nim a powierzchniami łączonych materiałów. Mikroporowatość wypełniona klejem zwiększa powierzchnię styku pomiędzy sąsiadującymi powierzchniami. Po stwardnieniu kleju sklejają się ze sobą.
W 1997 r. Inżynierowie chemicy z UniwersytetuPurdue w West Lafayette, w stanie Indiana, pod kierownictwem Nicholasa A. Peppasa, opisał syntezę hydrożelu wrażliwego na glukozę, który można stosować do wstrzykiwania insuliny pacjentom z cukrzycą przy użyciu wewnętrznego wyzwalacza pH. System ten zawiera „zbiornik” zawierający insulinę utworzony przez membranę hydrożelową, w której umieszczono oksydazę glukozową.
W przeciwieństwie do systemów hydrożelowychwydzielają uwięzione substancje lecznicze podczas pęcznienia, system ten działa w odwrotny sposób, ściskając „bramy” membrany. Dokładny wyzwalacz tego mechanizmu obejmuje tworzenie kwaśnego środowiska wokół żelu. Osiąga się to, gdy organizm wytwarza wysoki poziom cukru; glukoza oddziałuje z unieruchomioną oksydazą glukozową przy bramce, tworząc kwas glukonowy, który z kolei obniża pH organizmu i powoduje otwarcie bramy. Zatem, twoje własne poziomy glukozy określają i kierują dostarczaniem insuliny. Naukowcy badają obecnie sposoby dokładnego kontrolowania szybkości dostarczania leków, biorąc pod uwagę wpływ różnych wielkości bramy, stężenia uwięzionej insuliny i prędkości, z jaką brama może się otwierać i zamykać.
Tabletki na sznurku
Wyzwanie podczas opracowywania systemów dostarczanialeków stosowanych w leczeniu chorób takich jak gruźlica, polega na zrównoważeniu łatwości i bezpieczeństwa podawania oraz optymalizacji dawkowania leków na wielu poziomach. W intensywnej fazie leczenia 60-kilogramowy pacjent chory na gruźlicę przyjmuje w ciągu miesiąca prawie 100 g antybiotyków. Przyjmowanie leków przez przewód pokarmowy oferuje wiele korzyści, w tym łatwość podawania, immunotolerancję na szeroką gamę materiałów i możliwość optymalizacji dawkowania co do grama w celu dopasowania do istniejących schematów leczenia gruźlicy.
Opracowanie systemu odpornego na środowisko kwaśneżołądka (GRS, System oporny na żołądek - Hi-Tech), prowadzony jest w celu zapewnienia terminowego i pełnego leczenia pacjentom potrzebującym codziennych leków. Tabletki, dosłownie nawleczone na superwytrzymały materiał – drut nitinolowy, wprowadza się przez nos za pomocą rurki, którą wyjmuje się po ustawieniu układu. GRS przebywa w jamie żołądka przez cały przepisany czas przyjmowania leków, leki są systematycznie wchłaniane przez ściany żołądka. Po zakończeniu leczenia pacjenta umieszcza się z powrotem w rurce zakończonej urządzeniem do pobierania, służącym do mocowania i usuwania GRS z jamy żołądka. Urządzenie wyszukujące składa się z czujnika i magnesu, które mogą wykryć magnesy na obu końcach GRS i przyczepić się do nich. Kropkowane kółka na poniższym obrazku wskazują połączenie urządzenia poszukiwawczego z GRS. Pokazano także elementy obu końców GRS – klej, element ustalający i korek polikaprolaktonowy.
GRS z powodu superelastyczności puszki nitinoluzwiń się z powrotem do pierwotnego spiralnego kształtu, aby uzyskać zwarty układ w jamie żołądkowej po przejściu przez przełyk, co powinno pomóc w uniknięciu uczucia obcości i dyskomfortu u pacjentów. System został przetestowany na świniach o wadze od 30 do 75 kg. Po długim pobycie układu w żołądku na błonach śluzowych żołądka zwierząt nie było uszkodzeń, erozji ani owrzodzeń. Ponadto nie doświadczyli utraty wagi, objawów niedrożności przewodu pokarmowego ani ograniczeń w przechodzeniu pokarmu lub płynów. Tabletki do systemu są wytwarzane przez mieszanie leków z silikonami, a ponadto są pokryte powłoką polimerową. Średnica każdej tabletki wynosi 4 mm.
Pasek boczny
Naukowcy wiążą z tym systemem duże nadziejejako środek zwalczania gruźlicy, przede wszystkim w ramach programu DOTS. W 1994 roku WHO zatwierdziła strategię krótkiego kursu bezpośredniej obserwacji (DOTS), która jest obecnie przyjęta na całym świecie. DOTS polega na przyjmowaniu doustnych złożonych leków przeciwgruźliczych w wyznaczonej klinice codziennie lub trzy razy w tygodniu. Obecnie do osiągnięcia pożądanych rezultatów wymagana jest znaczna infrastruktura z odpowiednio obsadzoną kadrą medyczną, jednak GRS nie wymaga cotygodniowego monitorowania szpitala.
„Hightech” już pisał o tym, jak grupaNaukowcy z University of California przedstawili opracowanie reaktywnej tabletki, która za pomocą nanocząstek dwutlenku tytanu i magnezu dostarczy leki.
Innowacyjne metody diagnozowania i leczenia raka
- Biopsja płynna.Naukowcy z uniwersytetów w Kalifornii i Sun Yatsenopracowali nową metodę diagnozowania raka wątroby. Metoda ta polega na wykrywaniu DNA guza w badaniu krwi. Płynne biopsje wykryją fragmenty materiału genetycznego guza, który dostał się do krwi. Takie biopsje są minimalnie inwazyjne i pozwalają lekarzom śledzić zmiany molekularne w guzie w czasie rzeczywistym. Możesz zidentyfikować guz, który nie jest jeszcze widoczny na MRI. Ponadto dzięki takiemu badaniu można dokładnie dowiedzieć się, czy ten nowotwór jest złośliwy, czy nie. Konwencjonalna biopsja może odpowiedzieć tylko na to pytanie dotyczące konkretnego fragmentu guza pobranego do analizy. W swoich badaniach naukowcy przeanalizowali setki tysięcy próbek krwi od zdrowych ludzi i pacjentów cierpiących na raka wątroby. Byli w stanie zidentyfikować specyficzny skład markerów metylacji właściwych dla tej konkretnej choroby onkologicznej. Metylacja DNA to proces, który może regulować wytwarzanie genów. Zwiększona metylacja genów supresorowych nowotworów jest wyraźnym sygnałem, że nowotwór pojawił się w organizmie.
- Nanomaszyny dostarczające leki stosowane w leczeniu raka mózgu.Opracowanie reaktywnych metod leczenia rakaProwadzone są również badania w dziedzinie terapii genowej, która ma na celu zmniejszenie genetycznych przyczyn chorób. Naukowcy skupiają się na zasadzie wprowadzania do krwiobiegu leku opartego na kwasie nukleinowym - małego interferującego RNA, który wiąże się z określonym genem powodując problemy i dezaktywuje go. Nowoczesne nanocząstki mają około 100 nm szerokości, ale w przypadku niektórych nowotworów są zbyt duże, aby osiągnąć cel. Rak trzustki jest otoczony tkankami włóknistymi, a rak mózgu jest ściśle związany przez komórki naczyniowe. W obu przypadkach dostępne luki są znacznie mniejsze niż 100 nm. Naukowcy stworzyli już dość zwarty nośnik RNA, który może przenikać przez te luki w tkankach.
- Implant do leczenia raka.MIT i Centralna Grupa BadawczaSzpital Massachusetts General Hospital opracował implant umożliwiający wstrzykiwanie leków stosowanych w chemioterapii bezpośrednio do guza trzustki. Zastrzyki z chemioterapeutyków nie zawsze działają, ponieważ guz zawiera niewiele naczyń krwionośnych i jest umiejscowiony dość głęboko – lek na drodze do celu musi pokonać zbyt wiele przeszkód. Ponadto trzustka jest otoczona grubą, ścięgnistą warstwą, która uniemożliwia przenikanie leków. Opracowana przez naukowców folia PLGA zwijana jest w cienką rurkę i wprowadzana do cewnika, po czym zostaje wszczepiona. Kiedy film dociera do gruczołu, rozwija się i dopasowuje do kształtu guza. Leki nałożone na film zaczynają działać po określonym czasie. Odwrotna strona implantu nie jest nimi pokryta, aby zminimalizować niepożądane skutki uboczne.
Nano-tynki
W styczniu 2019 r. David Hoy, generałDyrektor Vaxxas mówił o pracach nad poprawą skuteczności szczepionek przy użyciu nowej technologii dostarczania szczepionek o nazwie Nanopatch (nano-plaster - „High-tech”). Zasada działania Nanopatch polega na użyciu tysięcy mikroigieł w jednym małym obszarze, który przebija zewnętrzne warstwy skóry bez poważnych konsekwencji. Na końcach mikroigieł Nanopatch, skąpa substancja szczepionki, która reaguje z komórkami odpornościowymi bezpośrednio pod powierzchnią skóry. Umożliwia to skuteczne dostarczanie antygenów do węzłów chłonnych w celu szybkiej odpowiedzi immunologicznej. Podczas testów na zwierzętach wykazano, że tylko od 1/10 do 1/100 aktualnej dawki szczepionki, która dostała się do organizmu za pomocą nano-gipsu, może wywołać odpowiedź immunologiczną odpowiadającą pełnej dawce, za pomocą wstrzyknięcia strzykawki. Ponadto szczepionki zastosowane w nanopłatach mogą być zaprojektowane tak, aby nie wymagały specjalnych warunków przechowywania, a to jest ogromne potencjalne zwycięstwo dla rynków krajów rozwijających się. Ponadto, aby uzyskać szczepionkę z nano-tynku, nie będziesz musiał uciekać się do pomocy pracowników służby zdrowia, metoda jej użycia jest tak prosta, że można ją stosować w domu.
Tynk nano
Naukowcy zasugerowali użycie mikroigiełaby dostarczyć pacjentom siatkówki, którym grozi utrata wzroku z powodu oderwania, lekiem, który może zapobiec temu procesowi, jest lucentis. Igły rozpuszczą się w ciągu 30 sekund, a pacjent nie odczuje bólu.
Można również stosować technologię nanoplastycznąjako środek antykoncepcyjny. Mikroigły nanoplastera są wykonane z polimerów i zawierają lewonorgestrel jako substancję czynną. Składniki mikroigieł stopniowo rozpuszczają się we krwi iw ciągu miesiąca chronią przed niechcianą ciążą.
Być może wkrótce nasza przyszłość będzie drastycznazmieni się. Będziemy traktowani zupełnie inaczej - nanorurki dostarczą leki bezpośrednio do żołądka lub w postaci preparatów na bazie hydrożelu, a my zaszczepimy się w domu. Mimo to nadal ważne będzie monitorowanie zdrowia, terminowe konsultowanie się z lekarzem, a nie tylko korzystanie z nowych technologii medycznych.