Chen a kol. 2018
Pacienti s určitými chronickými očnými chorobami, ako je glaukóm a makulárna degenerácia, zvyčajne buď používajú neefektívne očné kvapky, alebo musia dostávať injekcie priamo do očí. Tím výskumníkov ich chce nahradiť malou náplasťou, ktorú si pacienti môžu umiestniť na oko, podobne ako kontaktné šošovky. Po odstránení zanecháva náplasť za sebou mikroihly, ktoré sa pomaly rozpúšťajú v tekutine rohovky a súčasne uvoľňujú liečivá do oka. Tvrdia, že by to mohlo urobiť liečbu dostupnejšou a menej bolestivou pre pacientov a zároveň poskytnúť kontrolovanejšie uvoľňovanie lieku.
Nahradenie injekcií náplasťou
Dostať drogy do oka je výzva. Najúčinnejšie riešenia bývajú nepríjemné a zahŕňajú skutočné injekcie do očnej buľvy. Ak lekári podajú injekciu do menej hrozivej časti tela, môže to trvať nebezpečne vysokú počiatočnú dávku, aby sa zabezpečilo, že dostatok lieku sa skutočne dostane do oka. Očné kvapky majú tendenciu sa vymývať a sú prekvapivo neúčinné: oko väčšinu času absorbuje len asi päť percent lieku. U niektorých pacientov tieto kompromisy vedú k voľbe medzi ihlami a slepotou.
Niektoré nedávne nápady sa zamerali na hydrogély podobné kontaktným šošovkám, ktoré udržujú lieky na povrchu oka dlhšie ako očné kvapky, aby sa chirurgicky implantovali do oka malé zásobníky liekov. Iní zahrnuli mikroihly: ihly v tvare pyramídy dlhé len niekoľko stoviek mikrometrov. Mikroihly sú čoraz populárnejšie ako menej bolestivý spôsob, ako dostať lieky cez kožu pacienta bez injekcie – používali sa na očkovanie, lokálne anestetiká a antidiabetiká lieky.
Nedávno boli testované na očiach. Ale väčšina z týchto experimentov používala mikroihly z nehrdzavejúcej ocele potiahnuté liekom alebo duté sklenené ihly, ktoré sú ním naplnené. Mikroihly dostanú liek do oka, ale rýchlo ho uvoľnia a prirodzená cirkulácia tekutiny v oku vyčistí väčšinu lieku skôr, ako sa môže absorbovať; je to ten istý problém, ktorý obmedzuje injekcie, očné kvapky a hydrogély. Pomalšie, dlhšie uvoľňovanie liečiva je zvyčajne účinnejšie, najmä pri chronických, degeneratívnych stavoch.
Aby sa vyhli týmto obmedzeniam, biológ Peng Chen a jeho kolegovia chceli mikroihly, ktoré by sa dostali do horných vrstiev rohovky a tam sa potom rozpustili.
Chen a kol. 208
Požičiavanie materiálov z tela
Obrátili sa na molekulu nazývanú kyselina hyalurónová (HA), ktorá sa prirodzene nachádza v spojivovom tkanive tela a v sklovci oka. Je priehľadný a často sa používa na výrobu umelých sĺz na liečbu suchých očí a je to pomerne populárna voľba na rozpúšťanie mikroihiel pre transdermálne lieky. HA môže dostatočne ľahko preniknúť do pokožky, ale na mokrom povrchu, ako je rohovka, by sa rozpustila a rozpustila pokrčiť, čo nie je užitočné, ak potrebujete ostrú ihlu v tvare pyramídy na preniknutie do vonkajších vrstiev rohovka.
Chen a jeho kolegovia teda spojili kyselinu hyalurónovú s ďalšou molekulou nazývanou anhydrid kyseliny metakrylovej. Použili ultrafialové svetlo na spustenie reakcií, ktoré spájali polymérne reťazce dohromady a výsledkom bol materiál, ktorý mohol odolávať rozpusteniu dostatočne dlho na to, aby prenikol vlhkým povrchom rohovky a potom pomaly uvoľnil svoje užitočné zaťaženie cez niekoľko dni. Materiál, nazývaný MeHA, tvoril tvarovanú vonkajšiu vrstvu mikroihiel. Chen a jeho kolegovia pridali vnútornú vrstvu obyčajnej HA, vďaka ktorej by boli ihly tuhšie, ale rýchlejšie by sa uvoľnilo množstvo liečiva.
Kombinácia znamená, že ihly môžu preniknúť do vonkajších vrstiev rohovky, epitelových a stromálnych vrstiev, ktoré chránia oko. Keď sa tam dostane, tekutina rohovky presakuje do priestoru medzi náplasťou a základňou ihiel, čím sa rozpúšťa plochá základňa HA, ktorá drží ihly na náplasti. Keď pacient odstráni náplasť, mikroihly zostanú v rohovke. Vnútorná vrstva HA sa rýchlo rozpúšťa a uvoľňuje dávku lieku v priebehu piatich až 30 minút. vonkajšia vrstva MeHA sa rozpúšťa pomalšie a uvoľňuje viac liečiva počas nasledujúcich piatich až šiestich dni. To zaisťuje, že je ho v oku dostatok, aby bol účinný.
Dvojvrstvové mikroihly by tiež umožnili pacientom získať rýchlu dávku protizápalového lieku z rýchlorozpustná vnútorná vrstva HA, po ktorej nasleduje postupnejšia dávka lieku, ktorý viac zmierňuje zápal všeobecne. Chen a jeho kolegovia tvrdia, že by technicky mohli formovať aj tretiu vrstvu alebo modifikovať zmes MeHA pre pomalšie uvoľňovanie.
Chen a kol. 2018
Boj s ochorením rohovky
Počiatočný experiment na myšiach vyzerá sľubne. Chen a jeho tím testovali verziu náplasti vo veľkosti myši – približne 2 mm štvorcový, s deviatimi mikroihlami vysokými 500 mikrometrov – na myšiach so stavom nazývaným neovaskularizácia rohovky. Tento stav nastáva, keď abnormálne krvné cievy začnú rásť do čistého tkaniva rohovky. Protilátka s názvom DC101 pomáha blokovať proteín, ktorý je dôležitý pri tvorbe nových krvných ciev, čím bráni ich nežiaducemu rastu v rohovke.
Dvojvrstvové mikroihly po niekoľkých dňoch rozpustenia zmenšili oblasť abnormálneho rastu krvných ciev asi o 90 percent. Náplasť s jednoduchšou verziou mikroihiel vylisovaných jednou vrstvou HA zmenšila oblasť pokrytú krvnými cievami o niečo menej ako polovicu. To je približne rovnaký výsledok ako injekcie alebo predchádzajúce experimenty s oceľovými mikroihlami potiahnutými liekom; očné kvapky nemali takmer žiadny účinok ani pri relatívne vysokej dávke.
Rozpustenie mikroihiel v oku znie dosť znervózňujúco, ale Chen a jeho kolegovia tvrdia, že väčšina pacientov si toho veľa nevšimne. Nemôžete sa skutočne opýtať myši, či ju niečo bolí, ale výskumníci, ktorí pracujú s laboratórnymi myšami, sa vyvinuli stupnica na meranie bolesti na základe ich správania a žiadna z myší v štúdii nevykazovala žiadnu nepohodlie. A mikroihly boli takmer neviditeľné, pretože HA je z veľkej časti priehľadná – v skutočnosti takmer presne taká priehľadná ako rohovka a sklovca v oku.
Sľubná, ale dlhá cesta
Náplasti a mikroihly by museli byť zväčšené pre ľudské oči, ktoré sú oveľa väčšie a vybavené oveľa hrubšími rohovkami ako majú myši. Chen a jeho kolegovia tvrdia, že ľudskí pacienti by potrebovali asi sto mikroihiel, každú približne 800 mikrometrov dlhú a 400 mikrometrov široká v základni (z predchádzajúcich štúdií vieme, že pyramída s pomerom strán 2:1 je ideálna pre mikroihly, ktoré potrebujú preniknúť tkanivo).
Neovaskularizácia rohovky je ochorenie, ktoré postihuje vonkajšie vrstvy oka. Podobný stav, neovaskularizácia sietnice, spôsobuje, že slabé, zle vytvorené krvné cievy vyrastú v sietnici, vo vrstvách buniek v zadnej časti oka. Mnohé z ďalších chorôb vyžadujúcich injekcie do oka, ako je glaukóm a makulárna degenerácia, sa tiež vyskytujú v sietnici.
„Netestovali sme našu súčasnú metódu dodávania liekov do sietnice a zadnej komory oka,“ povedal Chen pre Ars Technica, „hoci je Je možné, že lieky dodané do rohovky môžu difundovať do zadnej komory a je možné urobiť našu mikroihlu dostatočne tvrdou, aby preniknúť do skléry.“ Zistenie, či sa lieky dodávané do rohovky rozpustením mikroihiel môžu dostať na sietnicu v užitočných množstvách, bude trvať dlhšie výskumu.
"Pracujeme na optimalizácii očnej náplasti (štruktúry mikroihly, polymérne zloženie, zvýšená tuhosť ihly) pre lepšie praktické použitie," povedal Chen pre Ars Technica. V laboratóriu je potrebné vykonať oveľa viac práce, kým budú náplasti pripravené na testovanie na ľuďoch.
Prírodné komunikácie, 2018. DOI: 10.1038/s41467-018-06981-w (O DOI).
