تحویل دارو در مورد بهبود اثربخشی و ایمنی داروها از طریق رساندن دوز مناسب داروی مناسب به مکان مناسب با سرعت و زمان مناسب است. رویکردها به دارورسانی صدها سال است که وجود داشته است. پزشکان مصری قرصها و پمادهای خوراکی ایجاد کردند، و پزشکان پس از توصیف سیستم گردش خون برای اولین بار در سال 1657، شروع به استفاده از زایمان وریدی کردند. قدمت فناوریهای انتشار کنترلشده به اواسط{1}} برمیگردد. [1]
مزایای استفاده از سیستم تحویل دارو عبارتند از: [1، 2]
• تحویل در دوره های طولانی
• راحتی بیشتر بیمار
• تحویل داروهایی که فرمولاسیون آنها سخت است، مانند مولکول های زیستی بزرگ، داروهایی که در آب محلول نیستند، یا داروهایی با پنجره درمانی باریک
• انتقال دارو از طریق موانع فیزیولوژیکی، به عنوان مثال پوست، سد خونی مغزی و سد خونی شبکیه
• زایمان موضعی که سمیت سیستمیک را کاهش می دهد و دوزهای کمتری از داروها را امکان پذیر می کند.
چالشهایی که توسعه دارورسانی با آن مواجه است عبارتند از: [1-3]
• ترکیب و کنترل برنامه های پیچیده دوز یا دوز شخصی شده در یک سیستم تحویل
• برخورد با پاسخ های دارویی متغیر ناشی از نوسانات بیولوژیکی دوره ای
• ارائه رژیم های چند دارویی
• ثابت نگه داشتن داروها در حین نگهداری در سیستم تحویل.
سیستم های دارورسانی از ژل ها و چسب ها، از طریق میکروسفرها و نانوذرات، تا دستگاه های پیچیده مانند پمپ های خارجی یا کاشته شده و سیستم های میکروالکترومکانیکی (MEMS) را شامل می شود.
مقدمه ای بر سیستم های میکروالکترومکانیکی
MEMS دستگاههای کوچک و یکپارچهای هستند که اجزای الکتریکی و مکانیکی را با هم ترکیب میکنند و با پیشرفتهای میکروسیال و کوچکسازی الکترونیک ممکن شدهاند. اینها از سیستم های ساده بدون قطعات متحرک تا سیستم های بسیار پیچیده را شامل می شود. MEMS را می توان با استفاده از مواد زیست سازگار به صورت آسپتیک تولید کرد و می توان آنها را به صورت هرمتیک آب بندی کرد. داروی MEMSتحویلدستگاهها معمولاً از سه جزء تشکیل شدهاند: محفظه دارو، مکانیسم آزادسازی دارو و بستهبندی، و ممکن است حسگرها، کانالها، پمپها، دریچهها، سوزنها، غشاها و مخزنهای یک یا چند دارو را در خود جای دهند. [1-5]
دستگاه های MEMS می توانند کاشتنی یا پوشیدنی باشند و در بیماری های مزمن و طولانی مدت کاربرد داشته باشند. آنها می توانند دارو را به مکان های خاص تحویل دهند و برخی می توانند بیش از یک دارو را تحویل دهند. آنهایی که حسگرهای یکپارچه دارند می توانند نرخ تحویل را بر اساس نیازهای بیمار بر اساس تشخیص علائم حیاتی یا نشانگرهای زیستی تنظیم کنند. [1، 5، 6]
MEMS کوچک و سبک هستند و به راحتی با مدارهای الکتریکی و الکترونیکی ادغام می شوند. دستگاه های MEMS می توانند برقی یا غیر برقی باشند. MEMS های برقی مصرف انرژی پایینی دارند و ممکن است به صورت خودکار تامین شوند. با این حال، دستگاههای MEMS دارای معایبی هستند. آنها می توانند شکننده باشند و ممکن است در نتیجه آلودگی، خستگی، اصطکاک یا سایش از بین بروند. [5]
تحویل دارو MEMS بدون برق
دستگاه های MEMS بدون برق می توانند کوچکتر از دستگاه های برقی باشند زیرا نیازی به منبع تغذیه ندارند. نرخ تحویل آنها را می توان با استفاده از مواد مختلف یا فرمولاسیون دارویی و با ویژگی های محیطی در محل تحویل تغییر داد. با این حال، آنها ممکن است نرخ رهاسازی پایینی داشته باشند و فقط به محرک های خارجی به آرامی پاسخ دهند. به طور کلی نمی توان نرخ زایمان را پس از تجویز تغییر داد یا متوقف کرد. روشهای بدون قدرت شامل دستگاههای انتشار غیرفعال، فشار اسمزی، هیدروژلها و میکروسوزنها هستند. [1]
ارائه داروی MEMS با قدرت
دستگاههای MEMS با قدرت پیچیدهتر هستند و اغلب بزرگتر از دستگاههای غیر برقی هستند، اما نرخ رهاسازی بالاتر، پاسخهای سریعتر دارند و میتوانند به صورت خارجی کنترل شوند. ریزپمپها ممکن است الکترومغناطیسی، پیزوالکتریک، الکترواستاتیک، ترموپنوماتیک، دو فلزی، الکتروشیمیایی یا از آلیاژ حافظهدار حرارتی/شکل، از جمله روشهای دیگر باشند. [1]
دستگاه های مجهز به دارورسانی به پزشکان این امکان را می دهد که تحویل دارو را دقیقاً از طریق نظارت بر زمان واقعی و حسگرهای فیزیکی تنظیم کنند. به عنوان مثال، لوزالمعده خارجی که پمپ انسولین را با پایش مداوم گلوکز ترکیب می کند، می تواند از طریق تلفن هوشمند یا تبلت به صورت خارجی برنامه ریزی و نظارت شود. [1]
کاربردهای MEMS: دارورسانی به مغز
توسعه درمانهای موثر برای اختلالات سیستم عصبی مرکزی، از جمله اختلالات عصبی، سکته مغزی و سرطان مغز، به رساندن دارو به مغز متکی است. با این حال، مغز به طور بسیار موثری توسط سد خونی-مغزی، سد خونی مایع مغزی نخاعی و سد عنکبوتیه محافظت می شود و عبور از آنها یک چالش است. سیستم های MEMS که به اندازه کافی کوچک هستند تا کاشته شوند، می توانند به صورت خارجی با دقت زیادی کنترل شوند و می توانند یک یا چند دارو را ارائه دهند، راه حل بالقوه ای را ارائه می دهند. [7، 8]
رویکردهای بالقوه برای تحویل داروی MEMS به مغز شامل یک کاوشگر الکترولیتی کنترلشده بیسیم است که میتواند دارو را به ناحیهای در عمق مغز برساند، تحویل داخل توموری داروی شیمیدرمانی در گلیوبلاستوما، یا دارورسانی داخل جمجمهای به تومورهای مغزی با استفاده از یک دستگاه الکترونیکی زیست تخریبپذیر نرم. جایی که تحویل دارو به صورت بی سیم آغاز می شود و سپس MEMS پس از یک دوره زمانی خاص تجزیه زیستی می شود. [9-11]
کاربردهای MEMS: انتقال دارو به سراسر پوست
انتقال دارو از طریق پوست یک راه غیر تهاجمی است و برای بیماران و مراقبان راحت است. لایه شاخی اولین خط دفاعی بدن است که آب را در خود نگه می دارد و از بدن در برابر عوامل بیماری زا محافظت می کند. این باعث ترانس درمال می شودتحویلچالش برانگیز لکه های ترانس درمال که شامل مواد نفوذ کننده شیمیایی هستند می توانند با آلرژی های پوستی، التهاب و تحریک همراه باشند و این موارد بر پایبندی به دارو تأثیر می گذارد. [12]
آرایه های متشکل از صدها میکروسوزن می توانند به لایه شاخی نفوذ کنند و بدون درد داروها را از طریق پوست و داخل جلدی تحویل دهند، از جمله مولکول های کوچک، پروتئین ها، پپتیدها، هورمون ها، مواد ژنتیکی و واکسن ها. رویکردها عبارتند از: [1، 3، 13]
• میکروسوزن های جامد ساخته شده از سیلیکون، فلز، شیشه، سرامیک یا پلیمرها را می توان برای سوراخ کردن لایه شاخی به منظور بهبود جذب پوستی از طریق یک پچ استفاده کرد.
میکروسوزن های جامد با پوشش دارویی به دارو اجازه می دهد تا در پوست حل شود.
• میکروسوزنهای مبتنی بر کربوهیدرات یا پلیمر، دارو را ترکیب میکنند و پس از وارد شدن تجزیه میشوند و به دارو اجازه نفوذ در پوست را میدهند.
• میکروسوزن های توخالی، ساخته شده از سیلیکون، فلز یا شیشه، به عنوان یک مجرا عمل می کنند و دارو را از یک مخزن می رسانند.
• میکروسوزن های هیدروژل پوست را سوراخ کرده و متورم می شود و دارو را آزاد می کند.
کاربردهای MEMS: دارورسانی به چشم
مانند مغز، چشم با موانع بیولوژیکی محافظت می شود و زایمان چالش برانگیز است. یک دستگاه ex vivo که با استفاده از یک میدان مغناطیسی اعمال شده خارجی کار میکند، میتواند به طور بالقوه دارو را به صلبیه، مشیمیه و شبکیه برساند. [14] میکرونیدل ها همچنین پتانسیل رساندن دارو به چشم را دارند. رویکردهای مورد مطالعه شامل یک پچ به شکل یک لنز تماسی با سوزنهای قابل حل حامل دارو، کرایونیدلهای آنتیبیوتیک برای عفونت باکتریایی، و میکروسوزنهای نانوذراتی برای تزریق دارو به پشت چشم، با استفاده از یونتوفورز تسهیل میشود. [13]
مراجع
1. Cobo, A., R. Shibani, and E. Meng, MEMS: Enabled Drug Delivery Systems. Adv Healthc Mater، 2015. 4 (7): ص. 969-82.
2. Mendoza, LAV, et al., Recent Advances in Micro-Electro-Mechanical Devices for Controlled Drug Release Applications. Front Bioeng Biotechnol، 2020. 8: ص. 827.
3. لی، HJ، و همکاران، دستگاه های MEMS برای دارورسانی. Adv Drug Deliv Rev, 2018. 128: ص. 132-147.
4. Pandey، Y. و SP Singh، پیشرفت های اخیر در Bio-MEMS و امکانات آینده: یک مرور کلی. مجله موسسه مهندسین (هند): سری B، 2023. 104: ص. 1377-1388.
5. Chircov، C. و AM Grumezescu، سیستم های میکروالکترومکانیکی (MEMS) برای کاربردهای بیومدیکال. Micromachines (بازل)، 2022. 13(2).
6. Mishra, A., Emerging Market Trends for Drug Delivery Devices. Drug Delivery Leader، 5 اکتبر 2023. موجود در: https://www.drugdeliveryleader.com/doc/emerging-market-trends-for-drug-delivery-devices-0001.
7. Tian، M.، Z. Ma و GZ Yang، میکرو/نانوسیستم برای تحویل دارو قابل کنترل به مغز. نوآوری (کمب)، 2024. 5(1): ص. 100548.
8. Villarruel Mendoza، LA، و همکاران، پیشرفت های اخیر در دستگاه های میکرو الکترومکانیکی برای کاربردهای رهاسازی کنترل شده دارو. Front Bioeng Biotechnol، 2020. 8: ص. 827.
9. Yoon, Y., et al., Neural probe system for neuropharmacology رفتاری با دارورسانی بیسیم دو جهته و الکتروفیزیولوژی در موشهای دارای تعامل اجتماعی. Nat Commun, 2022. 13(1): p. 5521.
10. Saxena، V.، DNAtrix توافقنامه ای را برای استفاده از پلت فرم MEMS Alcyone برای انتقال مستقیم دارو به گلیوبلاستوما امضا می کند. Fierce Pharma، 26 مه 2015. موجود در: https://www.fiercepharma.com/drug-delivery/dnatrix-signs-agreement-to-utilize-alcyone-s-mems-platform-for-direct-drug-delivery.
11. Cicha, I., et al., Biosensor-Integrated Drug Delivery Systems as New Materials for Biomedical Applications. Biomolecules، 2022. 12 (9).
12. Murphrey, MB, JH Miao, and PM Zito, Histology, Stratum Corneum, در StatPearls. 2024: جزیره گنج (FL).
13. Umeyor, CE, et al., Biomimetic microneedles: کاوش پیشرفت های اخیر در یک سیستم ریز ساخته شده برای تحویل دقیق داروها، پپتیدها و پروتئین ها. مجله آینده علوم دارویی، 2023. 9: ص. 103.
14. پیرمرادی، FN، و همکاران، تحویل کنترل شده داروی ضد رگ زایی به بافت چشم انسان با استفاده از دستگاه Mems. 2013 IEEE 26th Int Conf Micro Electro Mech Syst MEMS 2013 (2013)، 2013. 2013.