«Опухоли головного мозга — одно из самых смертоносных заболеваний в мире», — сказал Мохаммад Реза Абидиан, доцент кафедры биоинженерии, химической инженерии, материаловедения и инженерии. "Обычно врачи иссекают опухоль, проводят лучевую терапию, а затем химиотерапию."
Большая часть химиотерапии проводится внутривенно, но, поскольку препараты очень токсичны и не предназначены для целевого применения, они имеют множество побочных эффектов. Еще одна проблема, связанная с внутривенными лекарствами, заключается в том, что они проникают повсюду в кровотоке и с трудом преодолевают гематоэнцефалический барьер, поэтому до опухолей-мишеней попадает мало. Чтобы противодействовать этому, необходимы высокие дозы.
«Мы пытаемся разработать новый метод доставки лекарств», — сказал Абидиан. "Не внутривенная доставка, а локализована непосредственно в месте опухоли."
Текущее лечение уже включает в себя оставление пластинок, пропитанных противоопухолевым агентом BCNU, в головном мозге после операции, но когда лекарства в этих пластинах заканчиваются, повторное инвазивное размещение обычно не рекомендуется.
«BCNU имеет период полураспада в теле 15 минут», — сказал Абидиан. «Препарат нуждается в защите из-за короткого периода полураспада.
Инкапсуляция внутри биоразлагаемых полимеров может решить эту проблему."
Инкапсуляция BCNU в микросферы уже пробовали, но полученный продукт не имел однородного размера и распределения лекарства или высокой эффективности инкапсуляции лекарства.
Производители могут создавать микрокапсулы с однородными сферами, чтобы точно контролировать время высвобождения лекарственного средства, изменяя состав полимера. Крошечные сферы также вводятся через череп, что избавляет от необходимости в дополнительной операции.
Абидиан, работая с Пуриа Фаттахи, аспирантом в области биоинженерии и химической инженерии, и Али Борханом, профессором химического машиностроения, рассмотрели использование метода электроструйной обработки для инкапсуляции BCNU в поли (молочно-гликолевую) кислоту, биоразлагаемый полимер, одобренный FDA. При электрооструйной обработке раствор, содержащий полимер, лекарство и растворитель, быстро выбрасывается через крошечное сопло, при этом система находится под напряжением до 20 киловольт, но с минимальной амплитудой.
Растворитель в жидкости быстро испаряется, оставляя после себя все, от идеальной сферы до волокна.
«Электроабразивная обработка — это недорогой и универсальный подход», — сказал Абидиан. «Мы можем производить микрошарики и наночастицы, содержащие лекарство, и волокна одинакового размера, с высокой способностью загружать лекарство и с высокой эффективностью инкапсуляции лекарственного средства."
Исследователи протестировали растворы полимера от 1 до 10 процентов по весу и обнаружили, что при 1-2 процентах они получали плоские микросферы, от 3 до 4 процентов имели микросферы, от 4 до 6 процентов имели микросферы и микроволокна, От 7 до 8 процентов у них были микроволокна с бусами, а более 8 процентов они получали только волокна. Они сообщают о своих результатах в текущем выпуске Advanced Materials.
«В зависимости от желаемого применения могут использоваться все формы, за исключением бисерных волокон», — сказал Абидиан. "Хотя волокна не подходят для доставки лекарств, они хороши для применения в тканевой инженерии."
Исследователи также исследовали сферичность сфер.
«Мы посмотрели, насколько они сферичны, и обнаружили, что они идеальные», — сказал Абидиан. У них отношение высоты к ширине 1.05и они имеют одинаковый размер.
Идеальная сфера имела бы отношение 1.
Исследователи также изучили, как BCNU высвобождается из микрокапсул. Используя математику, исследователи установили коэффициент диффузии лекарства для системы инкапсуляции. Это помогает определить, сколько лекарства нужно включить в каждую микрокапсулу и как долго микрокапсулы будут обеспечивать необходимую дозировку.
Исследователи отмечают, что BCNU — не единственный препарат, который можно инкапсулировать в полимерные шарики для доставки лекарств. Могут использоваться и другие препараты, но у них будут собственные коэффициенты диффузии и период полураспада.