В надежде облегчить доставку лекарств через кожу исследователи Массачусетского технологического института разработали носимый пластырь, который безболезненно воздействует ультразвуковыми волнами на кожу, создавая крошечные каналы, по которым могут проходить лекарства. Исследователи говорят, что этот подход может быть использован для лечения различных кожных заболеваний, а также может быть адаптирован для доставки гормонов, миорелаксантов и других лекарств.

"Простота в использовании и высокая повторяемость, предлагаемые этой системой, представляют собой альтернативу, меняющую правила игры для пациентов и потребителей, страдающих кожными заболеваниями и преждевременным старением кожи", - говорит Канан Дагдевирен, доцент Медиа-лаборатории Массачусетского технологического института и старший автор исследования. "Доставка лекарств таким способом может обеспечить меньшую системную токсичность и быть более локальной, комфортной и контролируемой".

Научные сотрудники Массачусетского технологического института Чиа-Чен Ю и Астха Шах являются ведущими авторами статьи, которая появляется в Передовой Материалы, как часть серии журнала "Восходящие звезды", в которой демонстрируются выдающиеся работы исследователей на ранних этапах их независимой карьеры. Среди других авторов Массачусетского технологического института - научный сотрудник Колин Маркус и постдок, доктор медицинских наук Осман Гони Найим. Никта Амири, Амит Кумар Бхаядия и Амин Карами из Университета Буффало также являются авторами статьи.

Импульс от звуковых волн

Исследователи начали этот проект как исследование альтернативных способов доставки лекарств. Большинство лекарств доставляются перорально или внутривенно, но кожа - это способ, который может обеспечить гораздо более целенаправленную доставку лекарств для определенных целей.

"Главное преимущество использования кожи заключается в том, что вы обходите стороной весь желудочно-кишечный тракт. При пероральном введении вам приходится вводить гораздо большую дозу, чтобы компенсировать потери, которые вы могли бы получить в желудочной системе", - говорит Шах. "Это гораздо более целенаправленный способ доставки лекарств".

Было показано, что воздействие ультразвуком повышает проницаемость кожи для низкомолекулярных лекарственных средств, но большинство существующих методов доставки такого рода лекарств требуют громоздкого оборудования. Команда Массачусетского технологического института хотела придумать способ осуществления такого рода трансдермальной доставки лекарств с помощью легкого носимого пластыря, который мог бы упростить его использование для различных применений.

Разработанное ими устройство состоит из патча, в который встроено несколько пьезоэлектрических преобразователей в форме дисков, которые могут преобразовывать электрические токи в механическую энергию. Каждый диск помещен в полимерную полость, содержащую молекулы лекарственного средства, растворенные в жидком растворе. Когда электрический ток подается на пьезоэлектрические элементы, они генерируют волны давления в жидкости, создавая пузырьки, которые лопаются на коже. Эти лопающиеся пузырьки производят микроструи жидкости, которые могут проникать через жесткий внешний слой кожи - роговой слой.

"Это открывает возможности для использования вибраций для улучшения доставки лекарств. Существует несколько параметров, которые приводят к генерации различных типов осциллограмм. С помощью этого нового набора инструментов можно улучшить как механические, так и биологические аспекты доставки лекарств", - говорит Карами.

Пластырь изготовлен из PDMS, полимера на основе силикона, который может прилипать к коже без использования скотча. В этом исследовании исследователи протестировали устройство, доставляя витамин группы В под названием ниацинамид, входящий в состав многих солнцезащитных и увлажняющих кремов.

В тестах с использованием свиной кожи исследователи показали, что когда они вводили ниацинамид с помощью ультразвукового пластыря, количество препарата, проникшего в кожу, было в 26 раз больше, чем количество, которое могло бы пройти через кожу без помощи ультразвука.

Исследователи также сравнили результаты своего нового устройства с микроиглами, методом, иногда используемым для трансдермальной доставки лекарств, который включает прокалывание кожи миниатюрными иглами. Исследователи обнаружили, что их пластырь способен доставлять такое же количество ниацинамида за 30 минут, какое можно было бы доставить с помощью микроигл в течение шести часов.

Местная доставка

В текущей версии устройства лекарства могут проникать в кожу на несколько миллиметров, что делает этот подход потенциально полезным для лекарств, которые действуют локально внутри кожи. К ним могут относиться ниацинамид или витамин С, которые используются для лечения пигментных пятен или других темных пятен на коже, или препараты местного действия, используемые для заживления ожогов.

С дальнейшими модификациями, направленными на увеличение глубины проникновения, этот метод также может быть использован для лекарств, которым необходимо попасть в кровоток, таких как кофеин, фентанил или лидокаин. Дагдевирен также предполагает, что такого рода пластырь может быть полезен для доставки таких гормонов, как прогестерон. Кроме того, исследователи сейчас изучают возможность имплантации подобных устройств внутрь организма для доставки лекарств для лечения рака или других заболеваний.

Исследователи также работают над дальнейшей оптимизацией носимого пластыря в надежде вскоре протестировать его на людях-добровольцах. Они также планируют повторить лабораторные эксперименты, которые они проводили в этом исследовании, с более крупными молекулами лекарств.

"После того, как мы охарактеризуем профили проникновения гораздо более крупных препаратов, мы увидим, какие кандидаты, такие как гормоны или инсулин, могут быть доставлены с помощью этой технологии, чтобы обеспечить безболезненную альтернативу тем, кто в настоящее время вынужден ежедневно самостоятельно делать инъекции", - говорит Шах.

Исследование финансировалось Национальным научным фондом, стипендией 3M для преподавателей, не являющихся штатными сотрудниками, программой Sagol Weizmann-MIT Bridge, Texas Instruments, Inc., консорциумом MIT Media Lab и a K. Стипендия для выпускников Центра бионики имени Лизы Янг.