Aktuelle Drug Delivery-Systemen verwendet werden, um zu verwalten Chemotherapie Krebspatienten zu lösen in der Regel eine konstante Dosis des Medikaments im Laufe der Zeit - aber eine neue Studie stellt diese " langsam und stetig " Ansatz und bietet einen neuen Weg, um vor Ort liefern die Drogen "on demand ", wie in den Proceedings der Nationalen Akademie berichtet of Sciences (PNAS ) .
Von David J. Mooney , Ph.D., einem Core Fakultätsmitglied an der Harvard Wyss Institut für Biologisch inspirierte Technik und der Robert P. Pinkas Familie Professor für Bioengineering an der Harvard School of Engineering and Applied Sciences ( SEAS ) , dem Team geladenen Led ein biokompatibles Hydrogel mit einem Chemotherapeutikum und gebrauchte Ultraschall um das Gel unter Freisetzung des Arzneimittels auszulösen. Wie viele andere injizierbare Gele, die für die Arzneimittelabgabe über Jahrzehnte verwendet wurden , allmählich frei dieses einen niedrigen Pegel des Medikaments durch Diffusion über die Zeit. Um vorübergehend Arzneimitteldosen zu steigern, hatten Wissenschaftler bisher angewandten Ultraschall - aber das Vorgehen war eine einmalige Angelegenheit , wie der Ultraschall wurde verwendet, um diese Gele zerstören.
Dieses Gel war anders.
Das Team verwendete Ultraschall , um zeitweilig den Gel , dass es freigegeben kurzen , hochdosierte platzt der Droge - ähnlich wie die Öffnung einer Schleuse . Doch als sie den Ultraschall gestoppt, die Hydrogele selbst geheilt. Durch das Schließen wieder auf, waren sie bereit, für die nächste "on demand" Drogen Burst gehen - eine innovative Möglichkeit, Medikamente mit einem weit größeren Maß an Kontrolle als möglich vor zu verwalten. Das ist nicht alles . Das Team hat auch in Laborkulturenund bei Mäusen mit gezeigt Brustkrebs Tumoren, die gepulste , Ultraschall ausgelöste Hydrogel Ansatz zur Medikamentenabgabe war bei Anhalten des Wachstums von effektiver Tumor Zellen als herkömmliche , Retard- Arzneimitteltherapie .
"Unser Ansatz begegnet die ganze Idee der nachhaltigen Wirkstofffreisetzung , und bietet ein Doppelschlag ", sagte Mooney . "Wir haben gezeigt , dass wir die Hydrogele wiederholt verwenden und drehen Sie die Medikamenten Impulse und Ausschalten nach Belieben, und dass die Drogen platzt in Abstimmung mit der Grundlinie Low-Level- Drug-Delivery scheint besonders effektiv bei der Abtötung von Krebszellen zu sein."
Der Fortschritt hält vielversprechende Auswirkungen auf die Verbesserung der Krebsbehandlung und anderen Therapien, Medikamente benötigen , um am richtigen Ort geliefert werden und zur richtigen Zeit - von postoperativen Schmerzmittel , um Protein -basierte Medikamente , die tägliche Injektionen erfordern . Es erfordert einen ersten Injektion des Hydrogels , jedoch könnte der Ansatz eine viel weniger traumatisch, minimal invasiv und wirksamere Methode zur Arzneimittelabgabe insgesamt sein , wobei die Mooney .
"Wir wollen die Ärzte die Möglichkeit geben, Medikamente möglichst lokal mit der Flexibilität , um zeitlich zu steuern , die Dosis zu liefern ", sagte Co-Lead Autor Nathanial Huebsch , Ph.D., ein Harvard SEAS Doktorand in der Harvard war mIT Fachbereich für Gesundheitswissenschaften und Technologie zu der Zeit der Forschung und ist heute ein Postdoctoral Fellow an der Gladstone Institut für Herz-Kreislauf -Krankheit in San Francisco . Zum Beispiel, viele Krebspatienten benötigen eine regelmäßige Dosis von Schmerzmittel , aber unberechenbar Schmerzattacken verlangen, daß sie viel größeren Dosen über eine kurze Zeit in Anspruch nehmen .
Der Schlüssel zum Erfolg des Teams bei der Gestaltung eines Hydrogels , das selbst heilt ist die Wahl der richtigen Art von Hydrogel mit der richtigen Art von Drogen - und die Anwendung der richtigen Intensität von Ultraschall.
"Wir waren in der Lage, unser System mit einem Pegel von Ultraschall , die viel niedriger ist als hochintensiven fokussierten Ultraschall war , die klinisch verwendet wird, um zu heizen und zu zerstören Tumoren auslösen ", sagte Co-Lead Autor Cathal Kearney, Ph.D., der war ein Postdoc an SEAS zum Zeitpunkt der Studie. Er ist jetzt ein Senior Research Fellow an der Royal College of Surgeons in Irland ( RCSI ) . " Die sorgfältige Auswahl der Materialien und Eigenschaften machen es zu einem reversiblen Prozess ", sagte Kearney.
Das Team führte den Großteil ihrer Arbeit für diese Studie mit einem Gel aus Alginat , einem natürlichen Polysaccharid, das aus Algen, die zusammen mit gehalten wird Kalzium Ionen. In einer Reihe von Labortests fanden sie, dass mit dem richtigen Maß an Ultraschall, die Bindungen aufzubrechen und ermöglichen das Gel seine Wirkstoff- Ladung freizugeben - aber solange das Gel in Gegenwart von mehr Kalzium , die Anleihen Reform und Gele Selbstheilung .
Nachdem das Team wusste, dass das Gel würde selbst zu heilen , testeten sie eine Droge, die sie vermutete, dass es gut zu halten - in diesem Fall ein Chemotherapie-Medikament namens Mitoxantron, die häufig verwendet wird, um Brustkrebs zu behandeln. Sicher genug, der Ultraschall ausgelöst das Gel auf den blau gefärbten Wirkstoff freisetzen , wie sie in der neu blaue Farbe des umgebenden Mediums angezeigt. Nur ein einzelnes Ultraschalldosiswirksam war , und das Gel reformierten nachdem es unterbrochen wurde , so dass mehrere Zyklen möglich .
Als nächstes untersucht sie die Behandlung mit Mäusen , die menschliche Brustkrebs-Tumoren im Körper implantiert hatte . Sie injiziert das Medikament beladene Gel in der Nähe der Tumoren und im Laufe von sechs Monaten die Mäuse, die eine Low-Level eine verzögerte Freisetzung des Arzneimittels mit einer täglichen engt empfangenen Puls Ultraschall ( nur 2,5 Minuten) erging es deutlich besser als Mäuse gleich behandelt , aber ohne Ultraschall. Im Gegensatz zu den anderen Gruppen hatten die Tumoren in der Ultraschall - behandelten Mäusen nicht wesentlich wachsen und überlebten die Mäuse für weitere 80 Tage, um zu booten.
" Diese Ergebnisse zeigen , wie die Anwendung neuartiger technischer Ansätze und programmierbaren Nanomaterialien völlig neue Lösungen für kritische medizinische Probleme zu schaffen ", sagte Wyss Institut Gründungsdirektor Don Ingber , MD, Ph.D., der auch der Judah Folkman Professor für Vaskuläre Biologie an der Harvard- Medical School Boston und Kinderklinik , und Professor für Bioengineering an der Harvard SEAS . "Dave Arbeit zeigt , dass diese neuen Hydrogele , die reversibel umzugestalten , wenn Ultraschallenergie im Nanobereich ausgesetzt sind nicht nur ein neuer Weg, um Medikamente bei Bedarf zu verwalten , sie produzieren auch bessere Antworten auf die Therapie auch bei einer Krankheit so schwer wie Krebs zu behandeln. "
Dieser Fortschritt zu einfachen Ultraschallimpulse und leicht verfügbar Hydrogele in einer neuen Weise zu verwenden kommt auf den Fersen von Mooney Arbeit mit Low-Power- Laser, um Stammzellen auslösen , um das Material , aus dem die Zähne regenerieren. Das Team zeigte auch, dass das Gel können andere Arten von Fracht sowie zu lösen, einschließlich Proteinen , die die Grundlagen für den Einsatz mit diesen Hydrogelen für die Geweberegeneration und kondensierte Plasmid-DNA enthalten sind -, was auf ihren möglichen Einsatz in der Gentherapie.
Sie haben vor, diese Anwendungsmöglichkeiten sowie die Möglichkeit der Entfesselung zwei verschiedene Medikamente unabhängig von der gleichen Hydrogels zu erforschen, sagte Mooney . Diese Arbeit wurde von der Materialforschung Science and Engineering Center an der Harvard University, ein California Institute of Medicine Fellowship und dem National Institute of Dental -und Gesichtschirurgische Forschung , die ein von den National Institutes of Health (NIH) ist finanziert.