تتعلق عملية توصيل الأدوية بتحسين فعالية وأمان العلاجات من خلال توصيل الجرعة الصحيحة من الدواء الصحيح إلى المكان الصحيح بالمعدل والوقت المناسبين. كانت طرق توصيل الأدوية موجودة منذ مئات السنين؛ حيث ابتكر الأطباء المصريون أقراصًا ومراهم عن طريق الفم، وبدأ الأطباء في استخدام التوصيل الوريدي بعد وصف الجهاز الدوري لأول مرة في عام 1657. ترجع تقنيات الإطلاق المتحكم فيه إلى منتصف القرن العشرين. [1]
تتضمن فوائد استخدام نظام توصيل الأدوية ما يلي: [1، 2]
• التسليم على مدى فترات طويلة
• راحة أكبر للمريض
• توصيل الأدوية التي يصعب صياغتها بطريقة أخرى، مثل الجزيئات الحيوية الكبيرة، أو الأدوية التي لا تذوب في الماء بشكل جيد، أو الأدوية ذات النافذة العلاجية الضيقة
• توصيل الأدوية عبر الحواجز الفسيولوجية، على سبيل المثال الجلد، وحاجز الدم في الدماغ، وحاجز الدم في الشبكية
• توصيل موضعي يقلل من السمية الجهازية ويسمح بجرعات أقل من الأدوية.
تشمل التحديات التي يواجهها تطوير توصيل الأدوية ما يلي: [1-3]
• دمج ومراقبة جداول الجرعات المعقدة أو الجرعات الشخصية في نظام التسليم
• التعامل مع الاستجابات الدوائية المتغيرة الناجمة عن التقلبات البيولوجية الدورية
• تقديم أنظمة علاجية متعددة
• الحفاظ على ثبات الأدوية أثناء بقائها في نظام التوصيل.
تتراوح أنظمة توصيل الأدوية من المواد الهلامية والبقع، عبر الكريات الدقيقة والجسيمات النانوية، إلى الأجهزة المعقدة مثل المضخات الخارجية أو المزروعة والأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS).
مقدمة عن الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة
إن الأجهزة الكهروميكانيكية الصغرى هي أجهزة صغيرة متكاملة تجمع بين المكونات الكهربائية والميكانيكية، وقد أصبحت ممكنة بفضل التقدم في مجال الموائع الدقيقة وتصغير الإلكترونيات. وتتراوح هذه الأجهزة من أنظمة بسيطة بدون أجزاء متحركة إلى أنظمة شديدة التعقيد. ويمكن تصنيع الأجهزة الكهروميكانيكية الصغرى بطريقة معقمة باستخدام مواد متوافقة حيوياً، ويمكن إغلاقها بإحكام.توصيلتتكون الأجهزة عمومًا من ثلاثة مكونات: حجرة الدواء، وآلية إطلاق الدواء، والتغليف، وقد تتضمن أجهزة استشعار، وقنوات، ومضخات، وصمامات، وإبر، وأغشية، وخزانات دواء واحدة أو متعددة. [1-5]
يمكن زرع أجهزة MEMS أو ارتداؤها، ولها تطبيقات في الأمراض المزمنة والطويلة الأمد. يمكنها توصيل الأدوية إلى مواقع محددة، ويمكن لبعضها توصيل أكثر من دواء واحد. يمكن للأجهزة المزودة بأجهزة استشعار متكاملة تخصيص معدلات التوصيل وفقًا لاحتياجات المريض بناءً على اكتشاف العلامات الحيوية أو المؤشرات الحيوية. [1، 5، 6]
تتميز أجهزة MEMS بأنها صغيرة وخفيفة الوزن ويمكن دمجها بسهولة مع الدوائر الكهربائية والإلكترونية. ويمكن تشغيل أجهزة MEMS بالطاقة أو بدونها. وتتميز أجهزة MEMS التي تعمل بالطاقة باستهلاك منخفض للطاقة، وقد تعمل بالطاقة الذاتية. ومع ذلك، فإن أجهزة MEMS لها عدد من الجوانب السلبية. فقد تكون هشة، وقد تفشل نتيجة للتلوث أو التعب أو الاحتكاك أو التآكل. [5]
توصيل الأدوية باستخدام أنظمة MEMS غير المزودة بالطاقة
يمكن أن تكون أجهزة MEMS غير المزودة بالطاقة أصغر من الأجهزة التي تعمل بالطاقة لأنها لا تحتاج إلى مصدر طاقة. يمكن تعديل معدل توصيلها باستخدام مواد أو تركيبة دوائية مختلفة، ومن خلال الخصائص البيئية في موقع التوصيل. ومع ذلك، قد يكون لديها معدلات إطلاق منخفضة، ولا تستجيب إلا ببطء للمحفزات الخارجية. لا يمكن عمومًا تغيير معدل التوصيل أو إيقافه بعد الإعطاء. تشمل الأساليب غير المزودة بالطاقة أجهزة الانتشار السلبي والضغط الأسموزي والهلام المائي والإبر الدقيقة. [1]
توصيل الأدوية بواسطة MEMS
الأجهزة الكهروميكانيكية الدقيقة التي تعمل بالطاقة أكثر تعقيدًا وغالبًا ما تكون أكبر من الأجهزة غير العاملة بالطاقة، ولكنها تتمتع بمعدلات إطلاق أعلى واستجابات أسرع ويمكن التحكم فيها خارجيًا. قد تكون المضخات الدقيقة كهرومغناطيسية أو كهرضغطية أو كهروستاتيكية أو حرارية هوائية أو ثنائية المعدن أو كهروكيميائية أو تستخدم سبيكة ذاكرة حرارية/شكلية، من بين طرق أخرى. [1]
تسمح أجهزة توصيل الأدوية التي تعمل بالطاقة للأطباء بتخصيص توصيل الأدوية بدقة من خلال المراقبة في الوقت الفعلي وأجهزة الاستشعار المادية. على سبيل المثال، يمكن برمجة البنكرياس الخارجي الذي يجمع بين مضخة الأنسولين ومراقبة الجلوكوز المستمرة ومراقبته خارجيًا عبر الهاتف الذكي أو الجهاز اللوحي. [1]
تطبيقات MEMS: توصيل الأدوية إلى المخ
يعتمد تطوير علاجات فعّالة لاضطرابات الجهاز العصبي المركزي، بما في ذلك الاضطرابات العصبية التنكسية والسكتة الدماغية وسرطان المخ، على توصيل الأدوية إلى المخ. ومع ذلك، فإن المخ محمي بشكل فعال للغاية بواسطة حاجز الدم في المخ، وحاجز الدم في السائل النخاعي الشوكي، وحاجز العنكبوت، وعبور هذه الحواجز يشكل تحديًا. تقدم أنظمة MEMS الصغيرة بما يكفي لزراعتها، والتي يمكن التحكم فيها خارجيًا بدقة كبيرة، ويمكنها توصيل عقار واحد أو أكثر حلاً محتملاً. [7، 8]
تشمل الطرق المحتملة لتوصيل الأدوية باستخدام MEMS إلى المخ مسبارًا كهربائيًا يتم التحكم فيه لاسلكيًا يمكنه توصيل الدواء إلى منطقة عميقة في المخ، أو توصيل دواء العلاج الكيميائي داخل الورم في حالة الورم الأرومي الدبقي، أو توصيل الدواء داخل الجمجمة إلى أورام المخ باستخدام جهاز إلكتروني قابل للتحلل البيولوجي حيث يتم تشغيل توصيل الدواء لاسلكيًا ثم يتحلل MEMS بيولوجيًا بعد فترة زمنية محددة. [9-11]
تطبيقات الأنظمة الكهروميكانيكية الصغرى: توصيل الأدوية عبر الجلد
إن توصيل الأدوية عبر الجلد هو طريق غير جراحي، وهو مناسب للمرضى ومقدمي الرعاية. الطبقة القرنية هي خط الدفاع الأول للجسم، حيث تحتفظ بالمياه وتحمي الجسم من مسببات الأمراض. وهذا يجعل الحقن عبر الجلد أكثر فعالية.توصيلإن اللصقات الجلدية التي تحتوي على مواد كيميائية نافذة يمكن أن ترتبط بحساسية الجلد والالتهاب والتهيج، وهذا يؤثر على الالتزام بالأدوية. [12]
يمكن للصفائف المكونة من مئات الإبر الدقيقة أن تخترق الطبقة القرنية وتوصل الأدوية عبر الجلد وداخله دون ألم، بما في ذلك الجزيئات الصغيرة والبروتينات والببتيدات والهرمونات والمواد الوراثية واللقاحات. تشمل الأساليب: [1، 3، 13]
• يمكن استخدام الإبر الدقيقة الصلبة المصنوعة من السيليكون أو المعدن أو الزجاج أو السيراميك أو البوليمرات لاختراق الطبقة القرنية لتحسين الامتصاص عبر الجلد من خلال رقعة.
تسمح الإبر الدقيقة الصلبة المغلفة بالدواء للدواء بالذوبان في الجلد.
• تحتوي الإبر الدقيقة القائمة على الكربوهيدرات أو البوليمر على الدواء وتتحلل بمجرد إدخالها، مما يسمح للدواء بالتغلغل في الجلد.
• تعمل الإبر الدقيقة المجوفة، المصنوعة من السيليكون أو المعدن أو الزجاج، كقناة لتوصيل الدواء من الخزان.
• تخترق إبر الهيدروجيل الدقيقة الجلد وتنتفخ، مما يؤدي إلى تحرير الدواء.
تطبيقات MEMS: توصيل الأدوية إلى العين
مثل الدماغ، العين محمية بحواجز بيولوجية وتوصيلها أمر صعب. يمكن لجهاز خارج الجسم يعمل باستخدام مجال مغناطيسي خارجي أن يوصل الأدوية إلى الصلبة والمشيمية والشبكية. [14] كما أن الإبر الدقيقة لديها القدرة على توصيل الأدوية إلى العين. تشمل الأساليب المدروسة رقعة على شكل عدسة لاصقة بإبر قابلة للذوبان تحمل الدواء، وإبر مضادة للبكتيريا للتبريد للعدوى البكتيرية، وإبر دقيقة محملة بجسيمات نانوية لإعطاء الأدوية إلى الجزء الخلفي من العين، والتي يتم تسهيلها باستخدام الأيونات. [13]
مراجع
1. كوبو، أ.، ر. شيباني، وإي. منغ، MEMS: أنظمة توصيل الأدوية الممكّنة. مجلة Adv Healthc Mater، 2015. 4(7): ص. 969-82.
2. Mendoza, LAV, et al., Recent Advances in Micro-Electro-Mechanical Devices for Controlled Drug Release Applications. Front Bioeng Biotechnol, 2020. 8: p. 827.
3. Lee, HJ, et al., أجهزة MEMS لتوصيل الأدوية. Adv Drug Deliv Rev، 2018. 128: ص. 132-147.
4. باندي، واي. وإس بي سينغ، التطورات الأخيرة في الأنظمة الميكانيكية والكهربائية الدقيقة الحيوية والإمكانات المستقبلية: نظرة عامة. مجلة مؤسسة المهندسين (الهند): السلسلة ب، 2023. 104: ص. 1377-1388.
5. تشيركوف، سي. وأيه إم جروميزيسكو، الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) للتطبيقات الطبية الحيوية. ميكروماشينز (بازل)، 2022. 13(2).
6. Mishra, A., Emerging Market Trends For Drug Delivery Devices. Drug Delivery Leader, 5 October 2023. متوفر على: https://www.drugdeliveryleader.com/doc/emerging-market-trends-for-drug-delivery-devices-0001.
7. تيان، م.، ز. ما، وجي زد يانج، أنظمة دقيقة/نانوية لتوصيل الأدوية إلى المخ بشكل يمكن التحكم فيه. الابتكار (كامب)، 2024. 5(1): ص. 100548.
8. فيلارويل ميندوزا، إل إيه، وآخرون، التطورات الحديثة في الأجهزة الكهروميكانيكية الدقيقة لتطبيقات إطلاق الأدوية الخاضعة للرقابة. فرونت بيونج بيوتكنول، 2020. 8: ص 827.
9. Yoon, Y., et al., نظام المسبار العصبي لعلم الأدوية العصبية السلوكي من خلال توصيل الأدوية لاسلكيًا ثنائي الاتجاه والكهرباء الفيزيولوجية في الفئران المتفاعلة اجتماعيًا. Nat Commun، 2022. 13(1): ص. 5521.
10. Saxena, V., DNAtrix توقع اتفاقية لاستخدام منصة MEMS من Alcyone لتوصيل الأدوية مباشرة إلى الورم الأرومي الدبقي. Fierce Pharma، 26 مايو 2015. متوفر على: https://www.fiercepharma.com/drug-delivery/dnatrix-signs-agreement-to-utilize-alcyone-s-mems-platform-for-direct-drug-delivery.
11. Cicha٪2c I.٪2c et al.٪2c أجهزة الاستشعار الحيوية المتكاملة دواء توصيل أنظمة as جديد مواد ل تطبيقات طبية حيوية. جزيئات حيوية٪2c 2022. 12(9).
12. مورفري، إم بي، وجيه إتش مياو، وب إم زيتو، علم الأنسجة، الطبقة القرنية، في StatPearls. 2024: جزيرة الكنز (فلوريدا).
13. Umeyor, CE, et al., Biomimetic microneedles: exploration the recent progress on a microfabricated system for precise delivery of drugs, peptides, and proteins. Future Journal of Pharmaceutical Sciences, 2023. 9: p. 103.
14. Pirmoradi, FN, et al., Controlled Delivery of Antiangiogenic Drug to Human Eye Tissue Using a Mems Device. 2013 IEEE 26th Int Conf Micro Electro Mech Syst MEMS 2013 (2013)، 2013. 2013.