טכנולוגיה בהשראת דיונונים יכולה להחליף מחטים לתרופות וחיסונים

באמצעות הנעת סילון בהשראת דיונונים, החוקרים מדגימים מערכת מיקרו-ג'ט המספקת תרופות ישירות לרקמות, התואמת את היעילות של מחטים מסורתיות.

במחקר שפורסם לאחרונה ב טֶבַעצוות מחקר בראשות מדענים מהמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס ונובו נורדיסק חקר מערכת מיקרו-ג'ט חדשה נטולת מחטים להעברת תרופות ישירות למערכת העיכול.

בהשראת מערכת ההנעה הסילון בצפלופודים, התקנים אלה תוכננו לניהול יעיל של מקרומולקולות כגון אינסולין וחומצה ריבונוקלאית (RNA) באמצעות סילונים מדויקים בלחץ גבוה לתוך מערכת העיכול, פוטנציאלית לשפר את ספיגת התרופות ולהתמודד עם האתגרים הקשורים בהזרקה מסורתית -שיטות משלוח מבוססות.

רֶקַע

אספקת תרופות עבור מקרומולקולות הייתה תלויה בזריקות מבוססות מחטים, מה שמעלה סוגיות כמו הצורך בהכשרה רפואית, הסיכון לפציעות הקשורות למחטים והאתגר של סילוק חדים. בתקופה האחרונה, הפיתוח של מכשירים לבליעה הציע אלטרנטיבה נוחה, העלולה לשפר את היענות המטופלים.

עם זאת, מכשירי מתן דרך הפה הנוכחיים נאבקים לספק ביעילות מולקולות גדולות, כגון חלבונים, בשל פגיעותם להתמוטטות עיכול. מערכות פומיות רבות גם אינן מצליחות להשיג רמות זמינות ביולוגית דומות לאלו של זריקות תת עוריות. יתר על כן, למרות שמכשירים רובוטיים ואוטונומיים הראו הצלחה מסוימת עם הכוונה עצמית ואספקת תרופות ללא מחטים, שיטות אלה נותרו במידה רבה לא נחקרו ליישומים במערכת העיכול.

לגבי המחקר

במחקר זה, בהשראת מנגנוני ההנעה הטבעיים שנצפו בצפלפודים, החוקרים שאפו לפתח גישת העברת תרופות מבוססת סילון כדי לשפר את האספקה ​​הבטוחה והיעילה של מולקולות גדולות ברקמות מערכת העיכול. הם פיתחו ובדקו סדרה של מכשירי מיקרו-ג'ט (מערכות MiDe) שנועדו לספק תרופות ישירות למערכת העיכול.

נוצרו ארבע תצורות התקן: שתי גרסאות אוטונומיות להפעלה עצמית (MiDeRadAuto ו-MiDeAxAuto) ושתי גרסאות התואמות להנחיה אנדוסקופית (MiDeRadEndo ו-MiDeAxEndo). יתר על כן, הכיוון של כל מכשיר עבר אופטימיזציה למקטעים ספציפיים של מערכת העיכול. הדגמים הרדיאליים תוכננו לכוון למבנים צינוריים כמו המעי הדק, בעוד שהדגמים הציריים מתאימים לאזורים רחבים יותר בקיבה.

המכשירים כוילו לראשונה בהגדרות מעבדה דרך בַּמַבחֵנָה ו ex vivo לימודים. במהלך בדיקות אלו, החוקרים שינו את קוטר הזרבובית, לחץ הכניסה וזווית הסילון כדי לקבוע תנאים אופטימליים לחדירת רקמות יעילה.

Ex vivo ניסויים על רקמת מערכת העיכול של חזיר מדדו את עומק אספקת הנוזל והפיזור בשכבות הרקמה באמצעות טומוגרפיה ממוחשבת (CT) כדי לדמיין את התפשטות הנוזל. בעקבות בדיקות אלו, כוונו החוקרים את לחץ המכשיר ואת מימדי הזרבובית כדי לייצר סילוני לחץ גבוה המתאימים לאזורים שונים במערכת העיכול.

בנוסף, ב- in vivo בניסויים, מכשירי MiDe סיפקו חומרים טיפוליים כגון אינסולין, אנלוגים של פפטיד 1 (GLP-1) דמויי גלוקגון ו-RNA מתערב קטן (siRNA) לאתרים ספציפיים במערכת העיכול בחזירים ובכלבים. לאחר מכן, החוקרים אספו דגימות דם במרווחי זמן קבועים כדי למדוד זמינות ביולוגית מערכתית.

יתרה מכך, נעשה שימוש בהדמיה במהירות גבוהה כדי ללכוד את דינמיקת הסילון, מה שאיפשר לחוקרים להעריך את היציבות והרתיעה של המכשיר. בדיקות בטיחות ודיוק נערכו גם כדי לאשר את התאמתו של המכשיר לשימוש במערכת העיכול מבלי לגרום להשפעות שליליות או נזק לרקמות הסובבות.

תוצאות

החוקרים הוכיחו שמכשירי MiDe שיפרו משמעותית את האספקה ​​והזמינות הביולוגית של מקרומולקולות בתוך מערכת העיכול. המכשירים השיגו ספיגה מערכתית גבוהה לאינסולין, אנלוגים של GLP-1 ו-siRNA, עם ביצועים דומים לזריקות תת עוריות.

באופן ספציפי, המכשיר האנדוסקופי הרדיאלי (MiDeRadEndo) סיפק GLP-1 עם זמינות ביולוגית של 67% במעי חזיר, בעוד שהמכשיר האנדוסקופי הצירי (MiDeAxEndo) השיג זמינות ביולוגית של 82% עבור siRNA בקיבה. מכשירים אוטונומיים, MiDeRadAuto ו-MiDeAxAuto, הראו זמינות ביולוגית של 31% ו-23%, בהתאמה, לאינסולין בחזירים.

התוצאות הראו שהזמינות הביולוגית הושפעה מגורמים כמו זווית סילון, מרחק מרקמות ורמת לחץ. ירידה של 40% ביעילות האספקה ​​הנפחית (VDE) נצפתה כאשר זווית הסילון הגיעה ל-45 מעלות ביחס לרקמה.

יתר על כן, בעוד שהעיצוב המכוון את עצמו של MiDeAxAuto איפשר מיקום יציב בקיבה, נראה כי MiDeRadAuto שומר על אוריינטציה קו-אקסיאלית במעי למרות שונות מסוימת עקב תנועת בעלי חיים. ניתוח היסטולוגי גם אישר כי הסילונים סיפקו חומרים טיפוליים עמוק בתוך שכבות רקמת המטרה מבלי לגרום לנזק.

ההתקנים הרדיאליים מזערו את הרתיעה עם עיצוב זרבובית כפולה, שגם שיפר את היציבות. יתר על כן, המכשירים הפגינו בטיחות ויציבות אמינים לאורך in vivo ו ex vivo בדיקות, המצביעות על כך שמערכות MiDe יכולות להעביר בבטחה וביעילות מולקולות גדולות בתוך מערכת העיכול.

מסקנות

בסך הכל, הממצאים הוכיחו כי מערכות ה-MiDe נטולות המחטים, מבוססות מיקרו-ג'ט להעברת תרופות לדרכי העיכול השיגו רמות זמינות ביולוגית הדומות לזריקות תת עוריות תוך התמקדות בטוחה ויעילה באזורי מערכת העיכול ספציפיים. ממצאים אלה הצביעו על כך שניתן להשתמש בפלטפורמת MiDe לקידום טכנולוגיית מתן תרופות דרך הפה, מה שמאפשר להעביר טיפולי מקרומולקולות ישירות לתוך מערכת העיכול.