Jurutera MIT telah mencipta satu cara untuk membungkus ubat antibodi menjadi zarah-zarah kecil yang sangat pekat yang boleh ditolak melalui picagari standard. Kemajuan ini boleh menukar infusi hospital selama berjam-jam menjadi suntikan cepat, menjadikan rawatan menyelamatkan nyawa lebih mudah diakses.
Bagi kebanyakan penghidap kanser, gangguan autoimun atau jangkitan serius, rawatan bermakna berjam-jam di kerusi hospital, diikat dengan titisan IV ubat antibodi. Teknologi baharu daripada jurutera MIT menunjukkan masa depan di mana banyak ubat yang sama boleh diberikan dalam beberapa minit dengan suntikan mudah.
Pasukan ini telah membangunkan satu cara untuk menukarkan larutan antibodi, yang biasanya terlalu cair dan terlalu pekat untuk disuntik, menjadi zarah pepejal kecil yang terampai dalam cecair. Setiap zarah dipenuhi dengan antibodi pada kepekatan yang cukup tinggi sehingga dos penuh boleh dimuatkan ke dalam kira-kira 2 mililiter — isipadu suntikan subkutaneus biasa.
Jika pendekatan itu diterjemahkan ke klinik, ia boleh menjadikan terapi antibodi yang berkuasa jauh lebih mudah dan mudah diakses, terutamanya bagi mereka yang sukar untuk sampai ke pusat infusi.
Penulis utama Talia Zheng, seorang pelajar siswazah MIT, menyatakan bahawa perubahan demografi menjadikan inovasi seperti ini penting.
"Seiring dengan peningkatan usia penduduk global, menjadikan proses rawatan lebih mudah dan mudah diakses oleh populasi tersebut adalah sesuatu yang perlu ditangani," katanya dalam satu siaran berita.
Penyelidikan ini diterbitkan dalam jurnal Bahan Lanjutan.
Antibodi dalam beg, bukan picagari
Antibodi terapeutik, seperti rituximab untuk kanser tertentu, ialah protein besar dan kompleks yang dilarutkan dalam larutan berasaskan air. Ia digunakan untuk merawat pelbagai jenis keadaan, daripada tumor dan penyakit berjangkit kepada gangguan autoimun seperti artritis reumatoid, penyakit radang usus dan sklerosis berbilang.
Hari ini, ubat-ubatan ini biasanya diformulasikan pada kepekatan rendah — sekitar 10-30 miligram antibodi setiap mililiter cecair. Ini bermakna satu dos boleh memerlukan sekurang-kurangnya 100 mililiter cecair, terlalu banyak untuk ditolak melalui jarum kecil ke dalam tisu di bawah kulit.
Untuk mengecilkan isipadu tersebut kepada sesuatu yang boleh disuntik, pembuat ubat perlu meningkatkan kepekatan kira-kira sepuluh kali ganda, kepada sekitar 300 miligram setiap mililiter atau lebih. Tetapi apabila anda cuba memekatkan formulasi sedia ada, bendalir menjadi sangat pekat dan sukar mengalir melalui picagari.
“Anda tidak boleh menumpukan formulasi sedia ada kepada kepekatan ini,” kata penulis kanan Patrick Doyle, Profesor Kejuruteraan Kimia Robert T. Haslam di MIT, dalam siaran berita itu. “Ia akan menjadi sangat likat dan akan melebihi ambang daya yang boleh anda suntikan ke dalam pesakit.”
Pada tahun 2023, makmal Doyle menunjukkan bahawa antibodi yang merangkum dalam zarah hidrogel boleh meningkatkan kepekatan, tetapi kaedah terdahulu bergantung pada sentrifugasi — memutar sampel pada kelajuan tinggi — satu langkah yang sukar untuk ditingkatkan untuk pembuatan perindustrian.
Daripada emulsi kepada zarah antibodi pepejal
Dalam kajian baharu ini, para penyelidik mengambil laluan berbeza yang mengelakkan sentrifugasi dan direka bentuk dengan mengambil kira pengeluaran berskala besar.
Mereka bermula dengan mencipta emulsi, campuran dua cecair yang tidak bercampur, sama seperti minyak dan cuka. Dalam kes ini, titisan kecil larutan antibodi berair digantung dalam pelarut organik yang dipanggil pentanol.
Di dalam setiap titisan, pasukan itu menambah sedikit polietilena glikol, atau PEG, sejenis polimer yang biasa digunakan dalam ubat-ubatan dan produk pengguna. PEG membantu menstabilkan antibodi apabila titisan tersebut mengalami dehidrasi.
Dengan berhati-hati mengeluarkan air daripada titisan, para penyelidik dapat meninggalkan zarah pepejal yang hampir keseluruhannya diperbuat daripada antibodi, dengan kepekatan kira-kira 360 miligram setiap mililiter - lebih tinggi daripada apa yang diperlukan untuk kebanyakan formulasi suntikan.
Sebaik sahaja zarah pepejal terbentuk, pentanol di sekelilingnya dibuang dan digantikan dengan larutan akueus yang serupa dengan cecair yang kini digunakan untuk infusi antibodi IV: air dengan garam terlarut dan sedikit polimer penstabil. Hasil akhirnya ialah penggantungan zarah kaya antibodi dalam cecair yang masih boleh mengalir melalui jarum.
Yang penting, proses pemasangan boleh dilakukan dengan pantas menggunakan peranti mikrofluidik — sistem yang mengawal aliran bendalir yang kecil dengan tepat — dan tidak memerlukan sentrifugasi. Ini menjadikannya lebih serasi dengan peralatan pengemulsian perindustrian dan piawaian amalan pembuatan yang baik (GMP).
"Pendekatan pertama kami agak kasar, dan semasa kami membangunkan pendekatan baharu ini, kami berkata ia mesti mudah jika ia ingin menjadi lebih baik dan boleh diskalakan," tambah Doyle.
Direkayasa untuk disuntik
Untuk berguna di klinik, formulasi baharu bukan sahaja mestilah pekat tetapi juga mudah disuntik.
Pasukan MIT menunjukkan bahawa mereka boleh melaraskan saiz zarah, dari diameter kira-kira 60 hingga 200 mikron, dengan melaraskan kadar aliran dalam persediaan mikrofluidik mereka. Untuk ujian kebolehsuntikan, mereka memberi tumpuan kepada zarah dengan diameter sekitar 100 mikron.
Menggunakan penguji daya mekanikal, mereka mengukur berapa banyak daya yang diperlukan untuk menolak pelocok picagari yang diisi dengan ampaian zarah. Daya yang diperlukan adalah di bawah 20 newton — jauh di bawah apa yang secara amnya dianggap boleh diterima untuk suntikan subkutaneus.
"Itu kurang daripada separuh daripada daya maksimum yang boleh diterima yang biasanya cuba disasarkan oleh orang ramai, jadi ia sangat boleh disuntik," tambah Zheng.
Dengan picagari 2 mililiter standard, para penyelidik mengira bahawa lebih daripada 700 miligram antibodi boleh diberikan dalam satu suntikan. Julat dos tersebut sudah cukup untuk banyak terapi antibodi sedia ada.
Pasukan itu juga mendapati bahawa formulasi mereka kekal stabil selama sekurang-kurangnya empat bulan apabila disimpan di dalam peti sejuk, satu pertimbangan penting untuk kegunaan dunia sebenar di klinik dan farmasi.
Apa yang akan datang
Setakat ini, kajian ini tertumpu pada formulasi fizikal dan kebolehsuntikan zarah antibodi, bukan pada menguji sejauh mana ia berfungsi dalam badan. Langkah seterusnya penyelidik termasuk menilai prestasi terapeutik dan keselamatan formulasi ini dalam model haiwan.
Mereka juga sedang berusaha untuk meningkatkan proses pembuatan di luar makmal, menggunakan sistem pengemulsian yang lebih besar yang dapat menghasilkan bahan yang mencukupi untuk ujian yang meluas dan, akhirnya, percubaan manusia jika pendekatan itu terbukti menjanjikan.
Jika berjaya, teknologi ini boleh membantu mengalihkan banyak rawatan antibodi daripada pusat infusi hospital kepada klinik pesakit luar, pejabat doktor atau penjagaan di rumah, sama seperti bagaimana insulin dan beberapa ubat biologi telah diberikan.
Perubahan itu bukan sahaja akan menjimatkan masa untuk pesakit dan penjaga tetapi juga dapat mengurangkan kos dan mengurangkan tekanan ke atas sistem kesihatan, terutamanya apabila permintaan untuk terapi antibodi terus meningkat.
sumber: Institut Teknologi Massachusetts