Penghantaran ubat adalah mengenai meningkatkan keberkesanan dan keselamatan terapeutik dengan mendapatkan dos ubat yang betul ke tempat yang betul pada kadar dan masa yang betul. Pendekatan untuk penghantaran dadah telah wujud selama beratus-ratus tahun; Pakar perubatan Mesir mencipta tablet oral dan salap, dan pakar perubatan mula menggunakan penghantaran intravena selepas sistem peredaran darah pertama kali diterangkan pada tahun 1657. Teknologi keluaran terkawal bermula sejak pertengahan-1900 s. [1]
Faedah menggunakan sistem penghantaran ubat termasuk: [1, 2]
• penghantaran dalam tempoh yang lama
• keselesaan pesakit yang lebih besar
• penghantaran ubat yang sukar dirumuskan, seperti biomolekul besar, ubat yang kurang larut dalam air atau ubat dengan tingkap terapeutik yang sempit
• menghantar ubat merentasi halangan fisiologi, contohnya kulit, penghalang darah-otak dan penghalang darah-retina
• penghantaran setempat mengurangkan ketoksikan sistemik dan membenarkan dos ubat yang lebih rendah.
Cabaran yang dihadapi oleh pembangunan penghantaran ubat termasuk: [1-3]
• menggabungkan dan mengawal jadual dos kompleks atau dos yang diperibadikan ke dalam sistem penghantaran
• menangani tindak balas ubat berubah-ubah yang dicetuskan oleh turun naik biologi berkala
• menyampaikan rejimen pelbagai ubat
• memastikan ubat stabil semasa disimpan dalam sistem penghantaran.
Sistem penghantaran ubat terdiri daripada gel dan tampalan, melalui mikrosfera dan zarah nano, kepada peranti kompleks seperti pam luaran atau implan dan sistem mikroelektromekanikal (MEMS).
Pengenalan kepada sistem mikroelektromekanikal
MEMS ialah peranti bersepadu yang kecil yang menggabungkan komponen elektrik dan mekanikal, dan telah dimungkinkan oleh kemajuan dalam mikrobendalir dan pengecilan elektronik. Ini terdiri daripada sistem ringkas tanpa bahagian bergerak kepada sistem yang sangat kompleks. MEMS boleh dihasilkan secara aseptik menggunakan bahan biokompatibel, dan ia boleh dimeterai secara hermetik. dadah MEMSpenghantaranperanti umumnya terdiri daripada tiga komponen: ruang ubat, mekanisme pelepasan dadah dan pembungkusan, dan mungkin menggabungkan penderia, saluran, pam, injap, jarum, membran dan takungan ubat tunggal atau berbilang. [1-5]
Peranti MEMS boleh diimplan atau boleh dipakai, dan mempunyai aplikasi dalam penyakit kronik dan jangka panjang. Mereka boleh menghantar ubat ke lokasi tertentu, dan sesetengahnya boleh menghantar lebih daripada satu ubat. Mereka yang mempunyai penderia bersepadu boleh menyesuaikan kadar penghantaran mengikut keperluan pesakit berdasarkan pengesanan tanda-tanda vital atau biomarker. [1, 5, 6]
MEMS adalah kecil dan ringan dan boleh disepadukan dengan mudah dengan litar elektrik dan elektronik. Peranti MEMS boleh dikuasakan atau tidak dikuasakan. MEMS berkuasa mempunyai penggunaan kuasa yang rendah, dan mungkin dikuasakan sendiri. Walau bagaimanapun, peranti MEMS mempunyai beberapa kelemahan. Mereka boleh rapuh, dan mungkin gagal akibat pencemaran, keletihan, geseran atau haus. [5]
Penghantaran ubat MEMS tidak berkuasa
Peranti MEMS tidak berkuasa boleh menjadi lebih kecil daripada peranti berkuasa kerana ia tidak memerlukan bekalan kuasa. Kadar penghantaran mereka boleh diubah suai dengan penggunaan bahan atau formulasi ubat yang berbeza, dan oleh sifat persekitaran di tapak penghantaran. Walau bagaimanapun, mereka mungkin mempunyai kadar pelepasan yang rendah dan hanya bertindak balas perlahan kepada rangsangan luar. Kadar penghantaran secara amnya tidak boleh diubah atau dihentikan selepas pentadbiran. Pendekatan bukan berkuasa termasuk peranti resapan pasif, tekanan osmotik, hidrogel dan jarum mikro. [1]
Penghantaran ubat MEMS berkuasa
Peranti MEMS berkuasa adalah lebih kompleks dan selalunya lebih besar daripada peranti tidak berkuasa, tetapi ia mempunyai kadar keluaran yang lebih tinggi, tindak balas yang lebih pantas dan boleh dikawal secara luaran. Pam mikro mungkin elektromagnet, piezoelektrik, elektrostatik, termopneumatik, dwilogam, elektrokimia atau menggunakan aloi memori terma/bentuk, antara pendekatan lain. [1]
Peranti penghantaran ubat berkuasa membolehkan doktor menyesuaikan penghantaran ubat dengan tepat melalui pemantauan masa nyata dan sensor fizikal. Sebagai contoh, pankreas luaran yang menggabungkan pam insulin dengan pemantauan glukosa berterusan boleh diprogramkan dan dipantau secara luaran melalui telefon pintar atau tablet. [1]
Aplikasi MEMS: Penghantaran ubat ke otak
Membangunkan rawatan berkesan untuk gangguan sistem saraf pusat, termasuk gangguan neurodegeneratif, strok dan kanser otak, bergantung pada penghantaran ubat ke otak. Otak, bagaimanapun, dilindungi dengan sangat berkesan oleh penghalang darah-otak, halangan cecair darah-cerebrospinal, dan halangan arachnoid, dan melintasi ini adalah satu cabaran. Sistem MEMS yang cukup kecil untuk ditanam, boleh dikawal secara luaran dengan ketepatan yang tinggi, dan boleh menyampaikan satu atau lebih ubat menawarkan penyelesaian yang berpotensi. [7, 8]
Pendekatan yang berpotensi untuk penghantaran ubat MEMS ke otak termasuk probe elektrolitik dikawal tanpa wayar yang boleh menghantar ubat ke kawasan jauh di dalam otak, penghantaran intratumoral ubat kemoterapi dalam glioblastoma, atau penghantaran ubat intrakranial kepada tumor otak menggunakan peranti elektronik terbiodegradasi yang lembut di mana penghantaran ubat dicetuskan secara wayarles dan kemudian MEMS terbiodegradasi selepas tempoh masa tertentu. [9-11]
Aplikasi MEMS: Penghantaran ubat merentasi kulit
Menghantar ubat merentasi kulit ialah laluan bukan invasif, dan mudah untuk pesakit dan penjaga. Stratum korneum ialah barisan pertahanan pertama badan, mengekalkan air dan melindungi tubuh daripada patogen. Ini menjadikan transdermalpenghantaranmencabar. Tompok transdermal yang termasuk bahan penembusan kimia boleh dikaitkan dengan alahan kulit, keradangan dan kerengsaan, dan ini menjejaskan pematuhan terhadap ubat. [12]
Susunan yang terdiri daripada beratus-ratus jarum mikro boleh menembusi stratum korneum dan menghantar ubat secara transdermal dan intradermal tanpa rasa sakit, termasuk molekul kecil, protein, peptida, hormon, bahan genetik dan vaksin. Pendekatan termasuk: [1, 3, 13]
• Jarum mikro pepejal yang diperbuat daripada silikon, logam, kaca, seramik atau polimer boleh digunakan untuk menembusi stratum korneum untuk meningkatkan penyerapan transdermal melalui tampalan.
Microneedles pepejal bersalut dadah membolehkan ubat larut ke dalam kulit.
• Microneedles berasaskan karbohidrat atau polimer menggabungkan ubat dan terurai sebaik sahaja dimasukkan, membolehkan ubat meresap ke dalam kulit.
• Jarum mikro berongga, diperbuat daripada silikon, logam atau kaca, bertindak sebagai saluran, menghantar ubat dari takungan.
• Jarum mikro hidrogel menusuk kulit dan membengkak, melepaskan dadah.
Aplikasi MEMS: Penghantaran ubat ke mata
Seperti otak, mata dilindungi dengan halangan biologi dan penghantaran adalah mencabar. Peranti ex vivo yang dikendalikan menggunakan medan magnet yang digunakan secara luaran berpotensi menghantar ubat ke sklera, koroid dan retina. [14] Microneedles juga berpotensi untuk menghantar ubat ke mata. Pendekatan yang dikaji termasuk tampalan dalam bentuk kanta sentuh dengan jarum boleh larut yang membawa dadah, cryoneedles antibiotik untuk jangkitan bakteria, dan microneedles yang dimuatkan nanopartikel untuk mentadbir ubat ke belakang mata, difasilitasi menggunakan iontophoresis. [13]
Rujukan
1. Cobo, A., R. Sheybani, dan E. Meng, MEMS: Sistem Penghantaran Dadah Didayakan. Adv Healthc Mater, 2015. 4(7): p. 969-82.
2. Mendoza, LAV, et al., Kemajuan Terkini dalam Peranti Mikro-Elektro-Mekanikal untuk Aplikasi Pengeluaran Dadah Terkawal. Bioteknol Bioeng Depan, 2020. 8: p. 827.
3. Lee, HJ, et al., peranti MEMS untuk penghantaran dadah. Adv Drug Deliv Rev, 2018. 128: p. 132-147.
4. Pandey, Y. dan SP Singh, Kemajuan Terkini dalam Bio-MEMS dan Kemungkinan Masa Depan: Satu Tinjauan. Jurnal Institusi Jurutera (India): Siri B, 2023. 104: hlm. 1377-1388.
5. Chircov, C. dan AM Grumezescu, Sistem Mikroelektromekanikal (MEMS) untuk Aplikasi Bioperubatan. Micromachines (Basel), 2022. 13(2).
6. Mishra, A., Trend Pasaran Baru Muncul Untuk Peranti Penghantaran Dadah. Drug Delivery Leader, 5 Oktober 2023. Tersedia daripada: https://www.drugdeliveryleader.com/doc/emerging-market-trends-for-drug-delivery-devices-0001.
7. Tian, M., Z. Ma, dan GZ Yang, Micro/nanosystems untuk penghantaran ubat terkawal ke otak. Inovasi (Camb), 2024. 5(1): hlm. 100548.
8. Villarruel Mendoza, LA, et al., Kemajuan Terkini dalam Peranti Mikro-Elektro-Mekanikal untuk Aplikasi Pengeluaran Dadah Terkawal. Bioteknol Bioeng Depan, 2020. 8: p. 827.
9. Yoon, Y., et al., Sistem siasatan saraf untuk neurofarmakologi tingkah laku oleh penghantaran ubat tanpa wayar dua arah dan elektrofisiologi dalam tikus yang berinteraksi secara sosial. Nat Commun, 2022. 13(1): hlm. 5521.
10. Saxena, V., DNAtrix menandatangani perjanjian untuk menggunakan platform MEMS Alcyone untuk penghantaran ubat terus ke dalam glioblastoma. Fierce Pharma, 26 Mei 2015. Boleh didapati daripada: https://www.fiercepharma.com/drug-delivery/dnatrix-signs-agreement-to-utilize-alcyone-s-mems-platform-for-direct-drug-delivery.
11. Cicha, I., et al., Sistem Penghantaran Ubat Bersepadu Biosensor sebagai Bahan Baharu untuk Aplikasi Bioperubatan. Biomolekul, 2022. 12(9).
12. Murphrey, MB, JH Miao, dan PM Zito, Histologi, Stratum Corneum, dalam StatPearls. 2024: Pulau Harta Karun (FL).
13. Umeyor, CE, et al., Biomimetic microneedles: meneroka kemajuan terkini pada sistem mikrofabrikasi untuk penghantaran ketepatan ubat, peptida dan protein. Jurnal Sains Farmaseutikal Masa Depan, 2023. 9: hlm. 103.
14. Pirmoradi, FN, et al., Penghantaran Terkawal Ubat Antiangiogenik ke Tisu Mata Manusia Menggunakan Peranti Mems. 2013 IEEE 26th Int Conf Micro Electro Mech Syst MEMS 2013 (2013), 2013. 2013.