Поиск таких вариантов адресной доставки лекарств для химиотерапии и других методов лечения вдохновил команду исследователей из Университета науки и технологий Китая и Университета штата Огайо на разработку нового способа упаковки двух или более ингредиентов в одну капсулу. Если ингредиенты должны быть смешаны, чтобы лекарство подействовало, врачи могут инициировать смешивание в целевой области тела, повышая эффективность препарата и уменьшая побочные эффекты.
Исследователи сообщают о своем методе многокомпонентной инкапсуляции и инициированного смешивания в новой статье журнала Applied Physics Letters от AIP Publishing.
Хотя работа показала многообещающую, потому что она позволяет исследователям производить микрокапсулы, они еще не использовали эту технику для инкапсулирования методов лечения рака. Если такие капсулы удастся сделать, они должны будут доказать свою безопасность и эффективность в клинических испытаниях, прежде чем они станут широко доступными для лечения рака.
«Одним из ограничений химиотерапии является то, что менее 5 процентов лекарств обычно попадают в опухоль, а остальные могут абсорбироваться другими органами», – сказал Рональд Сюй, профессор биомедицинской инженерии в Университете штата Огайо в Колумбусе.
Огайо. Один из возможных способов решения проблемы – сделать лекарства нетоксичными при введении в организм и вызвать смешивание, при котором токсичный продукт будет образовываться только рядом с местом опухоли.
Чтобы такие лекарства работали в больших масштабах, должен существовать способ быстрого, контролируемого и экономичного производства капсул с двумя или более активными ингредиентами. Если лекарства вводятся и распространяются по телу через кровоток, капсулы также должны быть небольшого размера.
Сюй и его коллеги из Университета науки и технологий Китая разработали устройство, которое может производить крошечные капсулы размером примерно 100 микрон (размером с пылинку) с множеством внутренних ингредиентов. Тинг Си, первый автор статьи и эксперт в области механики жидкостей, также разработал математические модели, которые показывают взаимосвязь между параметрами процесса, такими как скорость потока и диаметр иглы, и размером конечных капсул. Модели использовались для достижения обозначенных размеров капсул.
Устройство работает, пропуская разные ингредиенты через две внутренние иглы. Внутренние иглы проходят параллельно друг другу и обе заключены в большую внешнюю иглу, которая содержит ингредиент для изготовления внешней оболочки капсулы. Поскольку все ингредиенты выходят из игл через одно сопло, высокоскоростной газ выталкивает жидкости в узкую струю, которая распадается на отдельные капли. Электрическое поле стабилизирует поток так, что образуются однородные капли.
В зависимости от относительной скорости потока каждая капля может содержать две или более меньшие внутренние капли, сделанные из ингредиентов во внутренних иглах.
Исследователи протестировали свое устройство с цветным парафином – красным в одной игле и синим в другой. Внешняя оболочка была сделана из альгината натрия – материала, извлеченного из морских водорослей, который стал студенистым, когда капли упали в раствор хлорида кальция.
В зависимости от условий эксперимента, команда смогла произвести от 1000 до 100000 капсул в секунду, и почти 100 процентов внутренних жидкостей были включены в капсулы без каких-либо отходов. После инкапсуляции два цвета воска не смешивались из-за поверхностного натяжения, но команда продемонстрировала, что они могут заставить красный и синий воск слиться, вибрируя капсулы. Команда также продемонстрировала, что они могут выпустить внутренние капли, растворяя внешнюю оболочку.
Ключевыми особенностями нового устройства являются его высокая эффективность и производительность, а также тот факт, что размер капель можно равномерно контролировать, сказал Сюй. Путем дальнейшей тонкой настройки работы устройства Сюй предсказывает, что команда сможет изготавливать капсулы размером 3-5 микрон, примерно размером с эритроцит. Этот процесс также можно легко масштабировать, создав ряд сопел, и можно модифицировать, чтобы инкапсулировать 3 или более активных ингредиента, добавив дополнительные внутренние иглы.
Хотя Сюй и его коллеги были заинтересованы в доставке лекарств, их устройство может найти более широкое применение в ряде приложений, требующих контролируемых реакций, таких как регенеративная медицина, ядерная и химическая инженерия, сказал Сюй.
\
Статья «Устойчивый конусно-струйный режим в сложной фокусировке электрического потока для создания многокомпонентных микрокапсул» написана Тинг Си, Чуаншэн Инь, Пэн Гао, Гуанбинь Ли, Ханг Дин, Сяомин Хэ, Бинь Се и Рональд X. Сюй. Он будет опубликован в журнале Applied Physics Letters 11 января 2016 г.
Авторы этой статьи связаны с Китайским университетом науки и технологий и Государственным университетом Огайо.
О ЖУРНАЛЕ
Applied Physics Letters содержит краткие и быстрые отчеты о важных новых открытиях в прикладной физике. Журнал освещает новые экспериментальные и теоретические исследования приложений физических явлений во всех областях науки, техники и современных технологий. См .: http: // apl.айп.орг