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Ripensare al modo in cui vengono somministrati i farmaci: una svolta nei cerotti con microaghi

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Ripensare al modo in cui vengono somministrati i farmaci: una svolta nei cerotti con microaghi

(Sinistra) Illustrazione schematica raffigurante i microaghi sviluppati, che assorbono il fluido interstiziale sottocutaneo e rilasciano il farmaco precaricato. (Destra) Immagine vista laterale di un microago caricato con rodamina B (colorante rosa), che si diffonde dopo aver perforato un campione di pelle suina; le linee a punti gialli indicano dove gli aghi hanno perforato la pelle. Credito: Kazuaki Matsumura di JAIST

La sensazione dolorosa di ricevere un’iniezione attraverso un ago ipodermico o con la sgradevole sensazione di ingoiare una grossa pillola è una sensazione universalmente familiare. Ma cosa accadrebbe se fosse in atto un modo rivoluzionario e più gentile di somministrare i farmaci? Per oltre due decenni, i ricercatori hanno studiato vari tipi di microaghi come metodo minimamente invasivo per la somministrazione transdermica di farmaci. Gli array di microaghi possono essere progettati per essere caricati con un farmaco o una sostanza chimica, che poi rilasciano nel tempo nel flusso sanguigno dopo aver perforato leggermente oltre gli strati della pelle.

I microaghi offrono numerosi vantaggi rispetto ad altri tipi di somministrazione di farmaci. In primo luogo, sono indolori e non causano praticamente alcun danno alla pelle né sanguinamento. In secondo luogo, possono essere autosomministrati. In terzo luogo, a differenza degli aghi tradizionali, lo smaltimento dei microaghi è molto più semplice in quanto non lasciano rifiuti pericolosi. Sfortunatamente, ci sono ancora alcune sfide che devono essere affrontate prima che i microaghi diventino la prossima grande novità nel settore sanitario. Uno è il loro costo di fabbricazione, che generalmente comporta stampi, materiali e macchinari costosi. Un altro problema è l’aggregazione e la degradazione delle proteine ​​quando i microaghi sono precaricati con un medicinale a base di proteine, poiché queste molecole sono piuttosto sensibili alle condizioni esterne come temperatura, acidità e concentrazione di sale.

In un recente studio pubblicato su Biomacromolecole, due gruppi di ricerca dal Giappone e dalla Thailandia hanno collaborato per affrontare i principali limiti dei microaghi esistenti. Da un lato, il Prof. Kazuaki Matsumura del Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) e il Ph.D. lo studente Harit Pitakjakpipop di JAIST-SIIT ha sviluppato e applicato un polimero funzionale che sopprime efficacemente l’aggregazione proteica. D’altra parte, il Dr. Paisan Khanchaitit e il suo team presso la National Science and Technology Development Agency (NANOTEC), Thailandia, hanno perfezionato un metodo di fabbricazione di microaghi adatto alla scala industriale basato sulla fotolitografia. Combinando questi due sforzi, i team sono riusciti a produrre cerotti con microaghi con diverse proprietà interessanti e potenziale scalabilità per le impostazioni cliniche.

I microaghi stessi sono costituiti da un idrogel non degradabile e biocompatibile che contiene anche polisulfobetaina zwitterionica (poli-SPB). Come riportato in precedenti studi degli stessi autori, questo polimero sopprime l’aggregazione proteica. Pertanto, i ricercatori lo hanno incorporato durante il processo di fabbricazione e hanno dimostrato che le proteine ​​precaricate nei microaghi erano stabili anche se sottoposte a vari stress esterni.

Inoltre, gli scienziati hanno sviluppato un modo semplice ed economico per fabbricare array di microaghi realizzati con i suddetti materiali. Hanno fatto ricorso alla fotolitografia, un processo in cui viene utilizzata una fotomaschera per bloccare selettivamente la luce UV dal raggiungere una superficie target per controllare le reazioni chimiche localmente, come spiega il dott. Khanchaitit: “La luce UV che passa attraverso la fotomaschera genera radicali liberi nella resina polimerica durante il processo di fabbricazione, con conseguente fotopolimerizzazione e la successiva formazione di modelli di struttura a microaghi 3D su un substrato trasparente e flessibile.” Questa procedura di fabbricazione richiede solo attrezzature poco costose e richiede circa cinque minuti, ma produce microaghi a forma di stella a quattro punte con notevole resistenza meccanica.

Per testare le prestazioni di questi array di microaghi per la somministrazione di farmaci, i ricercatori li hanno caricati con 50 microlitri di soluzioni farmaceutiche contenenti rodamina B come colorante insieme a lisozima e insulina come proteine ​​di esempio. Attraverso vari esperimenti sulla pelle di suino, i team hanno verificato che i loro cerotti con microaghi offrivano sia un’elevata capacità di caricamento del farmaco che un’elevata velocità di rilascio del farmaco. Inoltre, hanno confermato che i microaghi possono caricare e conservare contemporaneamente vari farmaci e proteine ​​idrosolubili, eliminando la necessità di refrigerazione.

Nel complesso, le matrici di microaghi proposte sembrano essere una piattaforma straordinariamente promettente per la somministrazione di farmaci e vaccini terapeutici, come conclude il prof. Matsumura: “Le caratteristiche superiori dei nostri microaghi possono cambiare il modo in cui i farmaci vengono somministrati e potrebbero consentire lo sviluppo e la somministrazione di proteine ​​avanzate a base di farmaci per il trattamento di vari disturbi.” Chissà quali altre innovazioni rivoluzionarie in medicina ci aspettano in futuro?


Fornito dal Japan Advanced Institute of Science and Technology

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