Un dispozitiv implantabil pentru livrarea medicamentelor ar putea reduce recidiva glioblastomului
Pacienții diagnosticați cu glioblastom, un tip agresiv de tumoră cerebrală, trec de obicei printr-o intervenție chirurgicală pentru îndepărtarea tumorii. Totuși, este dificil pentru chirurgi să elimine toate celulele canceroase, iar tumorile recidivează frecvent.
Cercetătorii de la MIT au dezvoltat acum un dispozitiv implantabil pentru livrarea medicamentelor, pe care speră să-l folosească pentru a preveni recidiva glioblastomului. Dispozitivul conține un rezervor capabil să elibereze medicamente pe o perioadă extinsă, împreună cu transductoare ultrasonice care folosesc unde sonore pentru a ajuta medicamentele să se răspândească mai departe în creier și să depășească bariera hematoencefalică.
Acest dispozitiv ar putea fi implantat în creier în timpul operației, eliberând treptat medicamente care ar ajuta la distrugerea celulelor tumorale rămase. După implantare, un controler wireless poate fi utilizat pentru a programa dozele exacte de ultrasunete care urmează să fie livrate, sporind astfel eficiența terapiei administrate.
„Avem 24 de transductoare într-o matrice de ultrasunete, care pot ajuta un anumit medicament să depășească bariera hematoencefalică și să îmbunătățească infuzia medicamentului. Dispozitivul oferă, de asemenea, opțiuni medicilor în ceea ce privește dimensiunea, lungimea și numărul infuziilor”, a declarat Canan Dagdeviren.
Într-un articol publicat în revista Device, cercetătorii au demonstrat că dispozitivul cu ultrasunete permite moleculelor să se răspândească mai departe după ce sunt eliberate, atât în modele de țesut, cât și într-un studiu pe șoareci.
Glioblastomul este un cancer rar, dar mortal, cu puțin peste 10.000 de cazuri diagnosticate anual în Statele Unite. În medie, pacienții supraviețuiesc între 12 și 15 luni după diagnostic. De obicei, aceștia suferă o intervenție chirurgicală pentru a îndepărta cât mai mult din tumoră, urmată de radiații și chimioterapie.
Medicamentele de chimioterapie sunt, în general, administrate sub formă de comprimate sau prin infuzie intravenoasă, dar în ultimii ani, oamenii de știință au dezvoltat plăci și hidrogeli pentru livrarea medicamentelor care pot fi implantate direct în craniu. Acestea pot ajuta la eliminarea efectelor secundare ale chimioterapiei și la asigurarea unei concentrații mai mari de medicament în creier.
Aceste dispozitive funcționează prin difuzie pasivă a medicamentelor, dar echipa de la MIT a dorit să proiecteze un nou dispozitiv care să permită un control mai mare asupra momentului eliberării medicamentului. De asemenea, au dorit să integreze matricele cu ultrasunete pentru a îmbunătăți distribuția moleculelor de medicament.
Cercetările anterioare au arătat că ultrasunetele ajută moleculele de medicamente să se disperseze mai larg, generând fluxuri convective care le permit să călătorească pe distanțe mai mari. Oscilațiile mecanice generate de undele ultrasonice cresc temporar permeabilitatea barierei hematoencefalice, facilitând astfel pătrunderea moleculelor de medicament în creier.
Dagdeviren a proiectat anterior o canulă minusculă, de dimensiunea unui fir de păr uman, care putea fi implantată în creier pentru a livra medicamente. De asemenea, a construit un implant numit ImPULS, care utilizează transductoare ultrasonice pentru a livra stimulare a creierului profund.
În noul studiu, laboratorul ei a combinat aceste tehnologii pentru a crea LUCID (Dispozitiv de Injectare Convectivă Îmbunătățită prin Ultrasunete pe Termen Lung) – un implant flexibil, de grosimea unei coli de carton. O canulă pentru livrarea medicamentelor este imprimată 3D direct pe o matrice de 24 de transductoare ultrasonice miniaturale. Aceste transductoare generează unde ultrasonice chiar la vârful acului, ajutând moleculele de medicament să se difuzeze mai departe în țesut după eliberare.
„A introduce un medicament în creier este doar o parte a provocării. Acesta trebuie, de asemenea, să se răspândească prin țesutul înconjurător. Am combinat un canal de livrare cu o matrice miniaturală de ultrasunete într-un singur implant pentru a ajuta moleculele să ajungă într-o zonă mai mare, chiar și în timpul infuziilor lente”, a afirmat Hou.
Rezervorul implantului conține aproximativ 100 de microlitri de lichid, iar infuzia este asigurată de o pompă osmotică pasivă, în timp ce ultrasunetele pot fi controlate wireless prin Bluetooth. Dispozitivul include, de asemenea, o mică baterie care poate fi reîncărcată wireless.
În teste efectuate pe un „fals de țesut” – un material gelatinos proiectat să imite țesutul uman – cercetătorii au demonstrat că livrarea asistată de ultrasunete a permis moleculelor de medicament să se răspândească mult mai departe decât în cazul livrării fără ultrasunete.
„Prin îmbunătățirea distribuției localizate și programabile cu ultrasunete, putem reduce toxicitatea sistemică în organele non-țintă, în timp ce terapia pe care o utilizăm are o șansă mai bună de a ajunge la celulele tumorale din zona afectată”, a explicat Ornellas.
Cercetătorii au testat, de asemenea, sistemul lor pe șoareci, folosindu-l pentru a livra un agent de contrast pentru RMN. Când matricea de ultrasunete a fost activată, agentul de contrast s-a răspândit mai mult în creier decât atunci când nu s-au folosit ultrasunete.
Dacă acest dispozitiv va fi dezvoltat pentru utilizarea la pacienți, canula pentru livrarea medicamentelor și matricea de ultrasunete ar fi plasate în interiorul craniului, în timp ce partea dispozitivului care conține bateria și alte componente electronice ar putea fi situată în afara craniului, au precizat cercetătorii.
Pe lângă livrarea medicamentelor de mici molecule, această tehnologie ar putea fi folosită și pentru livrarea imunoterapiilor sau a acizilor nucleici, inclusiv terapiile genice. De asemenea, ar putea fi utilizată potențial și în alte organe, în afară de creier.
„Am început cu creierul ca o continuare a tehnologiei noastre ImPULS, dar în cele din urmă, aceasta poate fi utilizată pentru tratamente în alte țesuturi moi pentru diferite tipuri de medicamente și intervenții în țesuturi profunde ale corpului”, a afirmat Dagdeviren. „Arătăm că putem face orice tip de încărcătură să fie distribuită mai bine.”
