Вводить концентрированные биологические препараты позволят инновационные шприцы

Исследователи разработали простое и недорогое устройство для подкожного введения вязких составов. Исследователи Массачусетского технологического института разработали простую и недорогую технологию для введения сильнодействующих лекарственных препаратов, слишком вязких для введения с помощью обычных медицинских шприцев.

Основная проблема медицины

Технология , описанная в статье, опубликованной в журнале Advanced Healthcare Materials, позволяет вводить высококонцентрированные препараты и другие составы подкожно. Новое устройство было разработано специально для ввода в тело человека высокоэффективных и чрезвычайно концентрированных биофармацевтических или биологических препаратов, которые обычно разбавляются и вводятся внутривенно.

«Когда количество способов ввода лекарств и препаратов внутрь человека увеличивается, использование шприца становится не столь эффективным, ведь большинство составов не смогут пройти через иглу», - говорит Крипа Варанаси, профессор Массачусетского технологического института. «Производители лекарств должны сосредоточиться на разработке новых препаратов, а не адаптации старых для инъекций при помощи обычного шприца». Руководители Фонда, Билл и Мелинда Гейтс, также были заинтересованы этим решением после того, как прочитали работу Варанаси на тему дозирования жидкостей, которая привлекла внимание многих отраслей, от авиации до производителей зубной пасты.

По словам Варанаси, основная цель фонда заключалась в предоставлении высококонцентрированных вакцин и биологических препаратов людям в развивающихся странах, которые не могли попасть в медицинские учреждения, ведь живут слишком далеко. В условиях нынешней пандемии, добавляет Варанаси, возможность оставаться дома и самостоятельно вводить лекарства для лечения таких заболеваний, как рак или аутоиммунные расстройства, также важна в развитых странах, таких как Соединенные Штаты.

«Самостоятельный прием лекарств или вакцин может помочь демократизировать доступ к медицинскому обслуживанию», - говорит он.

В чем суть новой технологии

Варанаси и Вишну Джаяпракаш, аспирант кафедры машиностроения Массачусетского технологического института, который является первым автором этой статьи, разработали систему, сделавшую возможной подкожную инъекцию лекарственных форм с высокой концентрацией веществ за счет уменьшения давления и количества вводимого препарата.

В их системе вводимая вязкая жидкость окружена смазывающим веществом, что облегчает протекание лекарства через иглу. При использовании лубриканта для достижения максимальной вязкости требовалась всего одна седьмая часть силы, которую прикладывали при использовании обычных шприцов, что позволяло эффективно вводить подкожно любое из более чем 100 лекарств, которые в противном случае считались бы слишком вязкими для введения таким образом. «Теперь можно вводить в тело человека любые биопрепараты», - говорит Джаяпракаш. «Независимо от того, насколько вязкое у вас лекарство, вы можете вводить его инъекционно, и именно это сделало этот подход очень привлекательным для нас».

Биологические препараты включают составы на основе белков и собираются из живых клеток. Они используются для лечения широкого спектра заболеваний и расстройств и могут связываться с определенными тканями или иммунными клетками по желанию, вызывая меньше нежелательных реакций и определенные иммунные ответы, которые не возникают при использовании других лекарств. «Теперь можно ввести даже специфические белки или молекулы, которые связываются с особыми рецепторами в организме», - говорит Джаяпракаш.

«И они будут определенно эффективнее, чем стандартные препараты. Поэтому люди стараются полностью перейти к биологическим препаратам». Из-за высокой вязкости для введения растворов подкожно использовались методы, которые оказались непрактичными и дорогостоящими. Обычно препараты разводятся и вводятся внутривенно, что требует посещения больницы или кабинета врача. Струйные инъекторы, которые вводят лекарства через кожу без иглы, дороги и подвержены загрязнению из-за брызг. Введение инкапсулированных лекарств часто приводит к засорению иглы и дополнительным сложностям при производстве и выпуске лекарств. Шприцы типа EpiPen также слишком дороги для широкого использования.

Основные этапы разработки

Чтобы разработать свою технологию, исследователи из Массачусетского технологического института начали с определения теоретических параметров и их тестирования перед проектированием своего устройства. Устройство состоит из шприца с двумя цилиндрами, один внутри другого, с внутренней трубкой, доставляющей вязкую лекарственную жидкость, и окружающей трубкой, доставляющей тонкий слой смазки к лекарству, когда оно попадает в иглу.

Поскольку смазываемая жидкость легче проходит через иглу, лекарство легко протекает внутрь. По этой причине, говорит Джаяпракаш, система также может быть полезна для трехмерной биопечати тканей, сделанных из натуральных компонентов, и для проведения клеточной терапии, в обоих случаях, когда ткани и клетки могут быть разрушены в результате повреждения сдвигом.

Дальнейшая судьба разработки

Различные гели, используемые при терапии костей и суставов, а также для доставки лекарств с замедленным высвобождением, среди прочего, также можно было бы более легко вводить с помощью шприца, разработанного исследователями. «У данного метода может быть далеко не один способ применения», - говорит Джаяпракаш.

Прамод Бонд, адъюнкт-профессор хирургии Йельской школы медицины, говорит, что это устройство может повлиять на всю отрасль. «Эта инновационная технология может оказать фундаментальное и широкомасштабное влияние на то, как лекарства доставляются в организм», - говорит Бонд. Неясно, повлияет ли эта технология на то, как исследователи будут искать возможности и методы лечения Covid-19. Однако они говорят, что это расширяет возможности, поскольку рассматриваются различные лекарственные формы. «Благодаря этой технологии мы сможем расширить возможности не только врачей, но и ученых, которые разрабатывают новые устройства и препараты», - говорит Варанаси.

Поскольку его предыдущая работа стимулировала создание четырех заводов по производству разработанных изобретений, Варанаси и его команда надеются, что эта технология также будет коммерциализирована. «Устройство должно быть очень просто и дешево в производстве», - говорит он. «Основная работа сделана. Теперь осталось только протестировать устройство».