一种针对错过药物的 21 世纪补救措施可以提供数月的缓释药物和疫苗 ...

得益于莱斯大学生物工程师制造缓释药物的下一代技术，缺少关键剂量的药物和疫苗可能成为过去。

标准尺寸皮下注射针头的狭窄开口内显示了含有彩色染料的密封微粒。

“这是治疗慢性病的一个大问题，”在线发表的一项关于该技术的研究的通讯作者 Kevin McHugh 说。“据估计，50% 的人没有正确服药。有了这个，你给他们打一针，他们就会在接下来的几个月里做好准备。”

当患者没有服用处方药或服用不正确时，费用可能是惊人的。据估计，仅美国每年的死亡人数就超过 100,000 人，住院人数高达 25%，医疗保健费用超过 1000 亿美元。

将药物封装在随着时间的推移溶解和释放药物的微粒中并不是一个新想法。但是 McHugh 和研究生 Tyler Graf 使用 21 世纪的方法开发了比其先行者更加通用的下一代封装技术。

该技术被称为 PULSED（均匀液化和密封封装药物的缩写），该技术采用高分辨率 3D 打印和软光刻来生产 300 多个无毒、可生物降解的圆柱体阵列，这些圆柱体小到可以用标准皮下注射针头注射。

这些圆柱体由一种称为 PLGA 的聚合物制成，这种聚合物广泛用于临床医疗。McHugh 和 Graf 演示了四种将药物装载到微缸中的方法，并表明他们可以调整 PLGA 配方以改变颗粒溶解和释放药物的速度——从短短 10 天到将近 5 周不等。他们还开发了一种快速简便的密封圆筒的方法，这是证明该技术既可扩展又能够解决定时释放药物输送的主要障碍的关键步骤。

“我们试图克服的问题是‘一级释放’，”McHugh 说，他指的是当前药物封装方法特有的剂量不均匀。“常见的模式是很多药物会在第一天提前释放。然后在第 10 天，你得到的可能比第一天少 10 倍。

“如果有一个巨大的治疗窗口，那么在第 10 天减少 10 次释放可能仍然可以，但这种情况很少见，”McHugh 说。“大多数时候它确实有问题，要么是因为第一天的剂量会让你接近毒性，要么是因为在以后的时间点减少 10 倍——甚至四五倍——不足以产生效果。”

在许多情况下，患者在整个治疗过程中在其系统中使用相同数量的药物是理想的。McHugh 说 PULSED 可以针对那种发布配置文件进行定制，它也可以用于其他方面。

“我们对这个特定项目的动机实际上来自疫苗领域，”他说。

“在疫苗接种中，你通常需要在几个月内分多次接种。由于医疗保健的可及性问题，这在低收入和中等收入国家真的很难做到。我们的想法是，‘如果我们制造出表现出脉动性的粒子会怎样？发布？' 我们假设这种核-壳结构——您可以将疫苗放在可生物降解的聚合物壳内的口袋中——既可以产生那种全有或全无的释放事件，又可以提供一种可靠的方法来设置延迟时间发布。”

虽然 PULSED 尚未经过长达数月的释放延迟测试，但 McHugh 表示，其他实验室之前的研究表明，PLGA 胶囊可以配制为在注射后长达六个月内释放药物。

在他们的研究中，Graf 和 McHugh 表明他们可以制造和装载直径从 400 微米到 100 微米不等的颗粒。McHugh 说，这种尺寸使颗粒能够停留在它们被注射的位置，直到它们溶解，这可能有助于在特定位置（如癌性肿瘤）输送大剂量或连续剂量的一种或多种药物。

“对于有毒的癌症化疗，你希望毒药集中在肿瘤而不是身体的其他部位，”他说。“人们已经通过实验做到了这一点，将可溶性药物注射到肿瘤中。但问题是它需要多长时间才能扩散出去。”

“我们的微粒会留在你放置它们的地方，”麦克休说。“这个想法是通过在需要的地方准确地提供长时间、集中剂量的药物，使化疗更有效并减少其副作用。”

非接触密封方法的关键发现部分是偶然发生的。McHugh 说，之前的研究探索了 PLGA 微粒用于缓释药物封装的用途，但事实证明密封大量微粒非常困难，以至于生产成本被认为对于许多应用来说是不切实际的。

在探索替代密封方法时，Graf 注意到尝试通过将微粒浸入不同的熔化聚合物中来密封微粒并没有达到预期的效果。“最终，我质疑是否有必要将微粒浸入液体聚合物中，”格拉夫说，他继续将 PLGA微粒悬浮在热板上，使颗粒顶部熔化并自密封，同时底部粒子保持完好，“那些第一批粒子几乎没有密封，但看到这个过程是可能的是非常令人兴奋的。”

进一步的优化和实验导致了圆筒的一致和坚固的密封，最终证明这是制造延时释放药物胶囊的更简单的步骤之一。每个 22x14 的圆柱体阵列大约有一张邮票那么大，Graf 将它们制作在玻璃显微镜载玻片上。

在将药物装入阵列后，Graf 说他会将其悬浮在热板上方约一毫米左右的地方并停留一小段时间。“我只是把它翻过来，放在另外两张载玻片上，两端各放一张，然后设置一个计时器，不管密封需要多长时间。只需要几秒钟。”