Upravljanje složenim rasporedima uzimanja lijekova, izazov s kojim se suočavaju milijuni pacijenata diljem svijeta, uskoro bi moglo postati znatno jednostavnije. Zamislite budućnost u kojoj se zamršena rutina uzimanja više tableta u različito doba dana svodi na gutanje jedne jedine kapsule ujutro. Upravo takvu inovaciju razvijaju inženjeri sa Sveučilišta Kalifornija u San Diegu (UC San Diego), stvarajući revolucionarnu kapsulu sposobnu pohraniti više različitih lijekova i otpuštati ih precizno u unaprijed određenim vremenskim intervalima tijekom dana.

Ovo značajno postignuće, detaljno opisano u znanstvenom časopisu Matter, obećava korjenitu promjenu u načinu na koji pacijenti pristupaju terapiji. Eliminiranjem potrebe za pamćenjem uzimanja različitih lijekova ili doza u specifično vrijeme, ova pametna kapsula ima potencijal drastično poboljšati pridržavanje propisane terapije. Posljedično, očekuju se bolji zdravstveni ishodi, smanjenje rizika od propuštenih doza koje mogu umanjiti učinkovitost liječenja, kao i opasnosti od slučajnog predoziranja.

Pametna Tehnologija za Pojednostavljeno Liječenje

"Naš cilj je pojednostaviti upravljanje lijekovima pomoću jedne kapsule koja je dovoljno 'pametna' da isporuči pravi lijek, u pravoj dozi i u pravo vrijeme", objašnjava dr. Amal Abbas, prva autorica studije koja je nedavno doktorirala kemijsko inženjerstvo na Jacobs School of Engineering pri UC San Diego. Dr. Abbas je vodila ovaj projekt u suradnji s Josephom Wangom, uglednim profesorom na Odsjeku za kemijsko i nano inženjerstvo Aiiso Yufeng Li Family pri UC San Diego. Prepoznavši ogroman potencijal ove tehnologije za pacijente i njihove njegovatelje, dr. Abbas pokreće startup tvrtku kako bi ubrzala daljnji razvoj i komercijalizaciju ove inovativne kapsule.

Srž inovacije leži u unutarnjoj strukturi kapsule. Više različitih lijekova pakirano je u zasebne odjeljke unutar jedne ovojnice. Svaki odjeljak dizajniran je tako da svoj sadržaj oslobodi u točno definiranom trenutku. Ključni element koji to omogućuje su barijere koje odvajaju lijekove. Te barijere izrađene su od matrice laktoze i maltoze u koju je ugrađen polimer osjetljiv na pH vrijednost okoline. Ovaj pametni polimer djeluje kao štit, štiteći lijekove od kisele sredine želuca, ali se otapa kada dospije u alkalnije okruženje tankog crijeva. Preciznim podešavanjem gustoće ovog polimera, istraživači mogu kontrolirati vrijeme potrebno da se svaka barijera otopi, osiguravajući tako da se lijekovi oslobađaju u precizno tempiranim intervalima nakon uzimanja kapsule.

Inovativni Mehanizmi Otpuštanja

Vanjska ovojnica kapsule sastoji se od tijela i poklopca, izrađenih od biljne celuloze, materijala koji je široko prihvaćen u farmaceutskoj industriji. Glavno tijelo kapsule, u kojem su smješteni odjeljci s lijekovima, zaštićeno je već spomenutim pH-osjetljivim polimerom. S druge strane, poklopac kapsule nema tu zaštitu. On se otapa čim kapsula stigne u želudac, što pokreće trenutno oslobađanje prvog lijeka iz odgovarajućeg odjeljka.

No, precizno tempiranje nije jedina napredna značajka ove kapsule. Istraživački tim ugradio je i mikroskopske čestice magnezija koje djeluju kao sićušni, privremeni "mikromješači" unutar tijela. Ove čestice reagiraju sa želučanom kiselinom (klorovodičnom kiselinom, HCl) pri čemu dolazi do stvaranja mjehurića vodika (H2). Oslobađanje ovih plinovitih mjehurića stvara blago gibanje koje miješa sadržaj kapsule. Ovo mikro-miješanje pospješuje otapanje lijeka, što je posebno korisno za lijekove koji zahtijevaju brzu apsorpciju, poput analgetika, lijekova za kardiovaskularne bolesti ili hitnih terapija.

Čestice magnezija imaju i drugu važnu funkciju: kemijskom reakcijom neutraliziraju želučanu kiselinu u neposrednoj blizini kapsule. Time se privremeno stvara lokalizirano alkalno mikro-okruženje. Ovo povišenje pH vrijednosti pomaže u otapanju pH-osjetljivih polimernih barijera koje odvajaju preostale odjeljke, čime se inicira sekvencijalno oslobađanje sljedećih lijekova u nizu.

Pionirski Rad na Polju Mikrorobota

"Ovaj inovativni pristup s jednom dnevnom kapsulom osigurava cjelodnevno i potpuno pridržavanje terapije, što vodi prema poboljšanim ishodima za pacijente", ističe profesor Wang. Njegova istraživačka grupa svjetski je predvodnik u korištenju čestica mikronskih dimenzija – koje su nazvali mikroroboti – u terapeutske svrhe. Bili su prvi koji su uspješno primijenili mikrorobote u živim životinjskim modelima, demonstrirajući njihov potencijal u liječenju različitih stanja, uključujući plućne infekcije i bolesti koje zahtijevaju intenzivnu njegu. Njihovo bogato iskustvo s mikrorobotima postavilo je temelje za integraciju slične tehnologije i u ovu kapsulu s vremenski kontroliranim otpuštanjem.

Važan aspekt za buduću primjenu jest činjenica da su svi materijali korišteni za izradu kapsule odobreni od strane Američke agencije za hranu i lijekove (FDA). "To će pomoći osigurati lakši prijenos tehnologije na tržište i bržu dostupnost pacijentima", naglašava dr. Abbas.

Potvrda Koncepta i Potencijalne Primjene

Kao dokaz koncepta (proof-of-concept), istraživači su napunili kapsulu s tri doze levodope, lijeka koji se koristi u liječenju Parkinsonove bolesti. Svaka doza bila je označena drugom bojom za hranu – žutom, zelenom i crvenom – kako bi se vizualno moglo pratiti njezino oslobađanje u simuliranim uvjetima želuca. Prva doza, smještena u odjeljak koji je sadržavao magnezijske mikromješače, bila je dizajnirana za brzo oslobađanje. Druga i treća doza, smještene u odjeljke bez mješača, oslobađale su se srednjom, odnosno sporom brzinom. Eksperiment je uspješno pokazao da kapsula može isporučiti lijekove u različitim, unaprijed definiranim fazama.

Odabir lijeka za Parkinsonovu bolest kao testnog primjera nije slučajan. Liječenje ove bolesti zahtijeva dosljedno uzimanje lijekova svakih nekoliko sati kako bi se simptomi držali pod kontrolom. Fluktuacije u razini lijeka mogu dovesti do tzv. "on-off" fenomena, s periodima dobre pokretljivosti ("on") i periodima ukočenosti i tremora ("off"). "Ovo vremenski kontrolirano otpuštanje više doza moglo bi zaista pomoći pacijentima s Parkinsonovom bolešću", kaže dr. Abbas. "Ako razina lijeka padne prenisko, pacijenti će iskusiti tremor i druge motoričke simptome. No, ako uspijemo održati tu razinu stabilnom, možemo pomoći i u održavanju stabilnosti pokreta pacijenta. Naša kapsula ima potencijal osigurati tu stabilnost tijekom cijelog dana – tako da pacijenti ne moraju brinuti o savršenom tempiranju svake doze."

Široki Spektar Mogućnosti

Dr. Abbas također vidi veliki potencijal u korištenju ove kapsule za kombinirane terapije. Kardiovaskularne bolesti, primjerice, često zahtijevaju da pacijenti uzimaju kombinaciju lijekova poput aspirina, beta-blokatora i lijekova za snižavanje kolesterola (statina) – svaki s vlastitim preporučenim rasporedom doziranja. Prilagođavanjem odjeljaka kapsule za oslobađanje ovih lijekova u precizno tempiranom slijedu, pacijenti bi mogli primiti svoj aspirin ujutro, beta-blokator poslijepodne, a lijek za kolesterol navečer – sve iz jedne kapsule. Ovakav pristup mogao bi osigurati da se svaki lijek isporuči u vrijeme kada je najučinkovitiji, potencijalno smanjujući nuspojave i optimizirajući terapijske koristi.

Problemi s pridržavanjem terapije predstavljaju globalni zdravstveni izazov. Procjenjuje se da se značajan postotak pacijenata s kroničnim bolestima ne pridržava propisanih režima liječenja, što dovodi do lošijih zdravstvenih ishoda, povećane stope hospitalizacija i značajnih troškova za zdravstveni sustav. Složenost režima, zaboravljivost, nuspojave lijekova i nedostatak razumijevanja važnosti terapije samo su neki od čimbenika koji doprinose ovom problemu. Rješenja poput ove pametne kapsule nude konkretan tehnološki odgovor na izazov poboljšanja adherencije.

Budući Koraci i Izazovi

Sljedeći koraci u razvoju ove tehnologije uključuju provođenje in vivo testiranja na životinjskim modelima, a potom i kliničkih ispitivanja na ljudima kako bi se potvrdila sigurnost i učinkovitost u stvarnim uvjetima. Također je potrebno razviti metode za masovnu proizvodnju (scaling up) kako bi kapsula postala cjenovno dostupna. Tim također istražuje mogućnosti produljenja sposobnosti otpuštanja kapsule i izvan jednog dana, što bi bilo korisno za lijekove koji se uzimaju rjeđe. Dodatno, istražuje se potencijal za lokalizirano otpuštanje lijekova unutar probavnog sustava, čime bi se omogućile ciljane terapije za specifične dijelove crijeva, primjerice kod upalnih bolesti crijeva.

Unatoč obećavajućim rezultatima, pred tehnologijom stoje i izazovi. Osiguravanje dosljednih profila otpuštanja u varijabilnom okruženju ljudskog probavnog sustava, prilagodba individualnim razlikama među pacijentima te postizanje ekonomske isplativosti masovne proizvodnje bit će ključni za uspješnu komercijalizaciju i široku primjenu ove napredne tehnologije dostave lijekova.

Izvor: University of California