Teknologi yang diilhamkan oleh sotong boleh menggantikan jarum untuk ubat-ubatan dan vaksin

Menggunakan pendorong jet yang diilhamkan oleh sotong, penyelidik menunjukkan sistem microjet yang menghantar ubat terus ke dalam tisu, sepadan dengan keberkesanan jarum tradisional.

Dalam kajian terbaru yang diterbitkan dalam alam semula jadipasukan penyelidik yang diketuai oleh saintis dari Institut Teknologi Massachusetts dan Novo Nordisk meneroka sistem mikrojet tanpa jarum yang baru untuk menghantar ubat terus ke saluran gastrousus.

Diilhamkan oleh sistem pendorong jet dalam cephalopod, peranti ini direka untuk mentadbir makromolekul seperti insulin dan asid ribonukleik (RNA) dengan cekap melalui jet tekanan tinggi yang tepat ke dalam saluran gastrousus, yang berpotensi meningkatkan penyerapan ubat dan menangani cabaran yang berkaitan dengan suntikan tradisional -kaedah penyampaian berasaskan.

Latar belakang

Penghantaran ubat untuk makromolekul bergantung kepada suntikan berasaskan jarum, yang menimbulkan isu seperti keperluan untuk latihan perubatan, risiko kecederaan berkaitan jarum, dan cabaran untuk melupuskan benda tajam. Sejak kebelakangan ini, pembangunan peranti termakan telah menawarkan alternatif yang mudah, yang berpotensi meningkatkan pematuhan pesakit.

Walau bagaimanapun, peranti penghantaran oral semasa bergelut untuk menghantar molekul besar dengan berkesan, seperti protein, kerana kelemahannya terhadap kerosakan pencernaan. Banyak sistem mulut juga gagal mencapai tahap bioavailabiliti setanding dengan suntikan subkutan. Tambahan pula, walaupun peranti robotik dan autonomi telah menunjukkan beberapa kejayaan dengan penyampaian ubat-ubatan sendiri dan tanpa jarum, kaedah ini sebahagian besarnya masih kurang diterokai untuk aplikasi gastrousus.

Mengenai kajian

Dalam kajian ini, diilhamkan oleh mekanisme pendorong semula jadi yang diperhatikan dalam cephalopod, para penyelidik bertujuan untuk membangunkan pendekatan penghantaran ubat berasaskan jet untuk meningkatkan penghantaran molekul besar yang selamat dan berkesan dalam tisu gastrousus. Mereka membangunkan dan menguji satu siri peranti mikrojet (sistem MiDe) yang direka untuk menghantar ubat terus ke saluran gastrousus.

Empat konfigurasi peranti telah dicipta: dua versi autonomi, mengaktifkan sendiri (MiDeRadAuto dan MiDeAxAuto) dan dua versi yang serasi dengan panduan endoskopik (MiDeRadEndo dan MiDeAxEndo). Tambahan pula, orientasi setiap peranti telah dioptimumkan untuk bahagian saluran gastrousus tertentu. Model jejari direka untuk menyasarkan struktur tiub seperti usus kecil, manakala model paksi sesuai untuk kawasan yang lebih luas dalam perut.

Peranti pertama kali ditentukur dalam tetapan makmal melalui dalam vitro dan ex vivo pengajian. Semasa ujian ini, para penyelidik mengubah diameter muncung, tekanan input, dan sudut jet untuk menentukan keadaan optimum untuk penembusan tisu yang berkesan.

Ex vivo percubaan pada tisu gastrousus babi mengukur kedalaman penghantaran cecair dan pengedaran dalam lapisan tisu menggunakan tomografi terkira (CT) untuk menggambarkan penyebaran cecair. Berikutan ujian ini, para penyelidik memperhalusi tekanan peranti dan dimensi muncung untuk menghasilkan jet tekanan tinggi yang sesuai untuk kawasan gastrousus yang berbeza.

Selain itu, dalam dalam vivo percubaan, peranti MiDe menyampaikan agen terapeutik seperti insulin, analog peptida 1 (GLP-1) seperti glukagon, dan RNA kecil yang mengganggu (siRNA) ke dalam tapak gastrousus tertentu dalam babi dan anjing. Selepas itu, para penyelidik mengumpul sampel darah secara berkala untuk mengukur bioavailabiliti sistemik.

Selain itu, pengimejan berkelajuan tinggi digunakan untuk menangkap dinamik jet, membolehkan penyelidik menilai kestabilan dan kemunduran peranti. Ujian keselamatan dan ketepatan juga dijalankan untuk mengesahkan kesesuaian peranti untuk digunakan dalam saluran gastrousus tanpa menyebabkan kesan buruk atau kerosakan pada tisu sekeliling.

Keputusan

Para penyelidik menunjukkan bahawa peranti MiDe telah meningkatkan penghantaran dan bioavailabiliti makromolekul dengan ketara dalam saluran gastrousus. Peranti ini mencapai penyerapan sistemik yang tinggi untuk insulin, analog GLP-1 dan siRNA, dengan prestasi yang setanding dengan suntikan subkutan.

Khususnya, peranti endoskopik radial (MiDeRadEndo) menyampaikan GLP-1 dengan 67% bioavailabiliti dalam usus babi, manakala peranti endoskopik paksi (MiDeAxEndo) mencapai 82% bioavailabiliti untuk siRNA dalam perut. Peranti autonomi, MiDeRadAuto dan MiDeAxAuto, masing-masing menunjukkan 31% dan 23% bioavailabiliti, untuk insulin dalam babi.

Keputusan menunjukkan bahawa bioavailabiliti dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti sudut jet, jarak dari tisu, dan tahap tekanan. Penurunan 40% dalam kecekapan penghantaran volumetrik (VDE) diperhatikan apabila sudut jet mencapai 45° berbanding tisu.

Tambahan pula, sementara reka bentuk berorientasikan diri MiDeAxAuto membolehkan kedudukan yang stabil dalam perut, MiDeRadAuto dilihat mengekalkan orientasi bersama paksi dalam usus walaupun terdapat beberapa kebolehubahan disebabkan oleh pergerakan haiwan. Analisis histologi juga mengesahkan bahawa jet menghantar agen terapeutik jauh di dalam lapisan tisu sasaran tanpa menyebabkan kerosakan.

Peranti jejari meminimumkan gegelung dengan reka bentuk dwi muncung, yang turut meningkatkan kestabilan. Selain itu, peranti ini menunjukkan keselamatan dan kestabilan yang boleh dipercayai di seluruh dalam vivo dan ex vivo ujian, menunjukkan bahawa sistem MiDe boleh menghantar molekul besar dengan selamat dan berkesan dalam saluran gastrousus.

Kesimpulan

Secara keseluruhan, penemuan menunjukkan bahawa sistem MiDe berasaskan mikrojet tanpa jarum untuk penghantaran ubat ke dalam saluran gastrousus mencapai tahap bioavailabiliti yang serupa dengan suntikan subkutaneus sambil menyasarkan kawasan gastrousus tertentu dengan selamat dan berkesan. Penemuan ini menunjukkan bahawa platform MiDe boleh digunakan untuk memajukan teknologi penyampaian ubat oral, menjadikannya layak untuk menyampaikan terapi makromolekul terus ke saluran gastrousus.