В скором времени управление сложными графиками приёма лекарств может стать таким же простым, как ежедневный приём одной капсулы.
Наша цель — упростить процесс приёма лекарств с помощью одной капсулы
Учёные из Университета Калифорнии в Сан-Диего разработали инновационную капсулу, которая способна вмещать несколько лекарственных препаратов и высвобождать их в заданное время в течение дня.
Это достижение, опубликованное на сайте Matter, может значительно улучшить соблюдение режима приёма лекарств и результаты лечения, устраняя необходимость для пациентов запоминать приём нескольких препаратов или доз в разное время дня. Это также может снизить риск пропуска доз или случайной передозировки.
«Наша цель — упростить процесс приёма лекарств с помощью одной капсулы, которая способна автоматически доставлять правильное лекарство в нужной дозе в нужное время», — рассказала Амаль Аббас, первый автор исследования, недавно получившая степень доктора философии в области химической инженерии в Инженерной школе имени Джейкоба Университета Калифорнии в Сан-Диего. Она работала над этим проектом совместно с Джозефом Вангом, профессором кафедры химической и наноинженерии.
Потенциальные преимущества для пациентов и их опекунов вдохновили Аббас на создание стартапа, который будет заниматься разработкой и коммерциализацией инновационной капсулы.
В капсуле несколько лекарств помещены в отдельные секции
Каждая секция предназначена для того, чтобы в определённое время высвободить своё содержимое. Лекарства разделены барьерами, которые состоят из матрицы лактозы и мальтозы с встроенным полимером, реагирующим на pH. Этот полимер защищает лекарства от желудочной кислоты, но растворяется в более щелочной среде.
Исследователи могут регулировать плотность полимера, чтобы контролировать, сколько времени потребуется для растворения каждого барьера. Это позволяет высвобождать лекарства с точно рассчитанными интервалами.
Внешняя оболочка капсулы состоит из корпуса и крышки, сделанных из растительной целлюлозы. Основная часть капсулы, где находятся секции с лекарствами, защищена полимером, реагирующим на pH. Крышка, которая не защищена, растворяется сразу после попадания в желудок, что запускает процесс высвобождения первого препарата.
Но умные особенности капсулы не ограничиваются только таймингом. Исследователи также добавили в капсулу микроскопические частицы магния. Эти частицы действуют как миниатюрные мешалки и работают в организме короткое время. Они реагируют с желудочной кислотой, создавая поток пузырьков водорода. Этот поток перемешивает содержимое капсулы и помогает растворять лекарства. Это особенно полезно для лекарств, которые нужно быстро усваивать, например, обезболивающих, кардиологических средств или экстренных препаратов.
Частицы магния выполняют ещё одну функцию
Они нейтрализуют желудочную кислоту, создавая локальную щелочную среду. Это помогает растворить полимерные барьеры, реагирующие на pH, и начать высвобождение следующих лекарств.
«Этот инновационный подход к ежедневной капсуле позволяет строго соблюдать режим приёма лекарств в течение всего дня, что улучшает результаты лечения», — отметил Ванг.
Исследовательская группа Ванга впервые использовала микроскопические частицы для терапевтических целей. Они назвали их микроботами. Они первыми применили микроботов на живых моделях животных и показали их потенциал в лечении различных заболеваний, включая инфекции лёгких и состояния, требующие интенсивной терапии. Их опыт с микроботами стал основой для внедрения подобных технологий в капсулу с контролируемым высвобождением лекарств.
Все материалы, использованные для создания капсулы, одобрены FDA. Это поможет легко вывести продукт на рынок, — отметил Аббас.
В качестве доказательства концепции исследователи поместили в капсулу три дозы леводопы, препарата для лечения болезни Паркинсона. Каждая доза была окрашена пищевым красителем — жёлтым, зелёным и красным — чтобы можно было визуально отслеживать их высвобождение в условиях, имитирующих работу желудка.
Первая доза, помещённая в отсек с частицами магния, должна была высвободиться быстро. Вторая и третья дозы, помещённые в отсеки без частиц магния, высвобождались медленнее. Эксперимент успешно показал, что капсула может доставлять лекарства в разных фазах.
Команда выбрала препарат для лечения болезни Паркинсона
Это был первый тест - в качестве тестового случая для своей капсулы, потому что его нужно принимать регулярно каждые несколько часов, чтобы контролировать симптомы. «Такой способ высвобождения нескольких доз может помочь пациентам с болезнью Паркинсона», — отметил Аббас.
«Если уровень лекарства будет слишком низким, у пациентов может начаться тремор и другие двигательные симптомы. Но если мы сможем поддерживать уровень лекарства стабильным, мы также сможем помочь пациентам сохранить контроль над движениями. Наша капсула может обеспечить стабильность лекарства в течение всего дня, чтобы пациенты не беспокоились о том, чтобы принимать каждую дозу вовремя».
Аббас также видит перспективы использования этой капсулы для комбинированной терапии. Например, при сердечно-сосудистых заболеваниях пациенты часто должны принимать комбинацию аспирина, бета-блокаторов и лекарств для снижения уровня холестерина — и у каждого из этих лекарств есть свой график приёма.
Если настроить отсеки капсулы так, чтобы лекарства высвобождались в определённое время, пациенты могли бы принимать аспирин утром, бета-блокатор днём, а лекарства для снижения холестерина вечером — всё из одной капсулы. Такой подход мог бы гарантировать, что каждое лекарство будет доставлено в нужный момент, уменьшая побочные эффекты и увеличивая терапевтический эффект.
Следующий шаг — это тестирование на живых организмах, масштабирование производства, возможность высвобождения лекарства более чем на один день и изучение высвобождения лекарства в кишечнике для целенаправленного лечения.