Systemy dostarczania leków – co to i jak to ułatwia życie?

Czym są systemy dostarczania leków?

Systemy dostarczania leków opisują technologie, które przenoszą leki do organizmu lub w jego obrębie. Technologie te obejmują metodę dostarczania, taką jak połykana tabletka lub wstrzykiwana szczepionka. Systemy dostarczania leków mogą również opisywać sposób, w jaki leki są „pakowane” – na przykład w postaci miceli lub nanocząsteczek – które chronią lek przed degradacją i pozwalają mu przemieszczać się tam, gdzie jest to konieczne w organizmie. W ciągu ostatnich kilku dekad dziedzina dostarczania leków znacznie się rozwinęła, a w nadchodzących latach spodziewane są jeszcze większe innowacje. Inżynierowie biomedyczni wnieśli znaczący wkład w nasze zrozumienie fizjologicznych barier dla skutecznego dostarczania leków, a także przyczynili się do opracowania kilku nowych sposobów dostarczania leków, które weszły do praktyki klinicznej.

Jednak przy całym tym postępie, wiele metod leczenia chorób nadal ma niedopuszczalne skutki uboczne. Skutki uboczne występują, ponieważ leki wchodzą w interakcje ze zdrowymi narządami lub tkankami. Co może ograniczać naszą zdolność do leczenia wielu chorób, takich jak rak, choroby neurodegeneracyjne i choroby zakaźne. Ciągłe postępy w tej dziedzinie pomogą ułatwić ukierunkowane dostarczanie leków, jednocześnie łagodząc ich skutki uboczne.

W jaki sposób systemy dostarczania leków są wykorzystywane w obecnej praktyce medycznej?

W przeszłości lekarze próbowali podawać interwencje do obszarów ciała bezpośrednio dotkniętych chorobą. Zamiast dostarczać leki ogólnoustrojowo, co wpływa na cały organizm. Niektóre leki można podawać miejscowo, co może zmniejszyć skutki uboczne i toksyczność leku, jednocześnie maksymalizując wpływ leczenia. Miejscowa (stosowana na skórę) maść przeciwbakteryjna do leczenia miejscowej infekcji lub zastrzyk z kortyzonu w celu złagodzenia bólu stawu pozwala uniknąć niektórych ogólnoustrojowych skutków ubocznych tych leków. Istnieją inne sposoby na ukierunkowane dostarczanie leków, ale niektóre leki podaje się tylko ogólnoustrojowo.

Innym przykładem systemu dostarczania leków są składniki szczepionki, które pomagają jej przemieszczać się wewnątrz organizmu. Szczepionki działają poprzez dostarczanie naszemu układowi odpornościowemu instrukcji rozpoznawania i atakowania patogenów. Te „instrukcje” – takie jak mRNA, w przypadku niektórych szczepionek przeciwko COVID-19 – muszą być zapakowane tak, aby nie zostały zdegradowane przez organizm i mogły dotrzeć do celu. Opakowanie stosowane w szczepionkach mRNA przeciwko COVID-19 to nanocząsteczki lipidowe. Które chronią delikatny ładunek mRNA i ułatwiają jego dostarczanie do komórek.

Jakie technologie dostarczania leków opracowują naukowcy finansowani przez NIBIB?

Obecne badania nad systemami dostarczania leków można opisać w dwóch szerokich kategoriach: drogi dostarczania i nośniki.

Drogi dostarczania leków

Leki można przyjmować na różne sposoby – połykając, wdychając, wchłaniając przez skórę lub wstrzykując. Każda metoda ma swoje wady i zalety i nie wszystkie z nich stosuje się w przypadku każdego leku. Ulepszenie obecnych metod dostarczania lub zaprojektowanie nowych może zwiększyć wykorzystanie istniejących leków.

Plaster mikroigłowy do bezbolesnych szczepień: Tablice mikroigieł są jednym z przykładów nowej metody dostarczania leków przez skórę. W macierzach tych można wytwarzać dziesiątki mikroskopijnych igieł, z których każda jest znacznie cieńsza niż kosmyk ludzkich włosów. Igły są tak małe, że choć przenikają przez skórę, nie docierają do nerwów i mogą bezboleśnie dostarczać leki.

Naukowcy finansowani przez NIBIB opracowują taki plaster z szeregiem rozpuszczalnych mikroigieł do dostarczania szczepionek. Plastry łatwo się używa i nie wymagają one chłodzenia ani specjalnych metod utylizacji, dzięki czemu mogą być stosowane przez pacjentów w domu. Technologia ta może być szczególnie pomocna w społecznościach o niskich zasobach, które mogą nie mieć wielu pracowników służby zdrowia lub odpowiednich miejsc do przechowywania tradycyjnych, chłodzonych leków.

Zrobotyzowana pigułka do doustnego podawania złożonych leków.

Samodzielne iniekcje stosuje się w leczeniu niektórych chorób. Takich jak cukrzyca i choroba Leśniowskiego-Crohna. Leki na te schorzenia wymagają wstrzyknięcia, ponieważ stosowane leki łatwo ulegają degradacji. Zatem nie przyjmuje się je doustnie. Samodzielne wstrzykiwanie leków może jednak stanowić obciążenie dla pacjentów. W tym ze względu na częstotliwość zastrzyków i możliwość zakłucia się igłą.

Naukowcy finansowani przez NIBIB opracowują alternatywną metodę samodzielnego wstrzykiwania: zrobotyzowaną pigułkę, którą można załadować złożonymi, płynnymi lekami. Po połknięciu pigułka trafia do żołądka, gdzie lek wstrzykuje się do tkanki żołądka. Pigułkę następnie wydala się przez przewód pokarmowy. Chociaż te zrobotyzowane pigułki były do tej pory oceniane tylko na modelach zwierzęcych, mogą potencjalnie stanowić alternatywę dla samodzielnego wstrzykiwania w wielu schorzeniach.

Pojazdy dostarczające leki

Pojazdy do dostarczania leków reprezentują różne sposoby pakowania leków, tak aby lek mógł bezpiecznie przemieszczać się w organizmie. Niektóre popularne przykłady nośników leków obejmują micele, liposomy lub nanocząsteczki. Różne nośniki leków mogą poprawić ukierunkowanie leku, pomagając mu dotrzeć dokładnie tam, gdzie powinien. Ponadto badania w tej dziedzinie pozwalają na opracowanie nowych sposobów pakowania trudnych do zastosowania leków. Na przykład ze względu na ich rozmiar lub kruchość. Te ulepszenia w biotechnologii prowadzą do udoskonalenia leków, które mogą skuteczniej i precyzyjniej celować w choroby.

Nośniki nanocząstek w leczeniu chorób oczu. Terapie transferu genów – w których materiał genetyczny kodujący białka terapeutyczne jest wprowadzany do komórek – stanowią obiecujący sposób leczenia różnych chorób oczu, w tym zwyrodnienia plamki żółtej. Obecne metody dostarczania mają ograniczenia, takie jak rozmiar materiału genetycznego, który mogą pomieścić, oraz ich tendencja do inicjowania odpowiedzi immunologicznej.

Naukowcy finansowani przez NIBIB opracowują nanocząsteczki do przenoszenia materiału genetycznego, które pokonują te ograniczenia. Nanocząsteczki te nie są łatwo wykrywane przez układ odpornościowy i mogą przechowywać większe geny niż obecne metody. W mysim modelu zwyrodnienia plamki żółtej naukowcy odkryli, że wstrzyknięcie nanocząstek zawierających geny spowodowało zmniejszenie o 60% nieprawidłowych naczyń krwionośnych (cecha choroby, która powoduje zaburzenia widzenia) w porównaniu z grupą kontrolną. Badania te, choć wciąż na wczesnym etapie, mogą prowadzić do lepszych metod leczenia chorób oczu.

Naśladowanie komórek odpornościowych w celu zwalczania stanów zapalnych.

Podczas gdy stan zapalny jest istotną częścią naszej odpowiedzi immunologicznej na szkodliwe substancje. Nadmierny stan zapalny w układzie naczyniowym może ostatecznie spowodować uszkodzenie tkanek, zwłaszcza płuc. Zespół ostrej niewydolności oddechowej (ARDS) to zagrażający życiu stan charakteryzujący się nagłym i poważnym uszkodzeniem płuc. Które może powodować niski poziom tlenu we krwi. Leczenie zazwyczaj obejmuje wentylację mechaniczną, ale nie ma zalecanych interwencji farmakologicznych. Śmiertelność w przypadku ARDS jest wysoka i wynosi 35-46%.

Część procesu zapalenia naczyń obejmuje migrację i adhezję neutrofili, rodzaju komórek odpornościowych, do płuc. Gdzie wiążą się one z komórkami śródbłonka. Wykorzystując to zachowanie, naukowcy finansowani przez NIBIB projektują nanocząsteczki naśladujące neutrofile. Które mogą być ładowane lekami przeciwzapalnymi, a następnie osadzać swój ładunek terapeutyczny w płucach. Ten nowy system dostarczania leków, inspirowany biologią, jest wciąż na wczesnym etapie rozwoju.