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帮助药物传递粒子挤过注射器

微粒子提供了一种很有前途的方法,可以一次性提供多剂药物或疫苗,因为它们可以被设计成在特定的时间间隔释放有效载荷。然而,这种沙粒大小的颗粒很难注射,因为它们会在典型的注射器中被堵塞。

麻省理工学院的研究人员现在开发了一种计算模型,可以帮助他们提高这种微粒的可注射性和防止堵塞。该模型分析了各种因素,包括颗粒的大小和形状,以确定最佳注射性设计。

使用这个模型,研究人员能够使他们能够成功注射的微粒比例增加6倍。他们现在希望利用这个模型开发和测试可以用于提供癌症免疫治疗药物的微粒,以及其他潜在的应用。

麻省理工学院综合癌症研究科氏研究所的科学家Ana Jaklenec说:“这是一个可以帮助我们在实验室开发的一些技术的框架,我们正试图将这些技术应用到临床中。”

Jaklenec和麻省理工学院David H. Koch研究所教授Robert Langer是这项研究的高级作者,该研究发表在今天的《科学进展》上。这篇论文的第一作者是麻省理工学院的研究生Morteza Sarmadi。

微观粒子模型

微粒的大小从1微米到1000微米(百万分之一米)不等。许多研究人员正在研究用聚合物和其他材料制成的微粒子来输送药物,大约有12种这样的药物配方已经获得了FDA的批准。然而,其他的失败是因为注入它们的困难。

Jaklenec说:“主要问题是系统中的某个地方出现堵塞,无法提供全部剂量。”“由于注射性方面的挑战,这些药物中有很多没有经过开发。”

这些药物通常通过静脉注射或皮下注射。Sarmadi说,确保这些药物成功到达目的地是药物开发过程中的一个关键步骤,但这往往是最后完成的,可能会阻碍原本有希望的治疗方法。

他说:“注射性是一种药物成功与否的主要因素,但人们很少关注尝试改进给药技术。”“我们希望我们的工作可以改善新的和先进的控释药物配方的临床转化。”

兰格和Jaklenec一直致力于研发可以填充多种剂量药物或疫苗的空心微粒。这些粒子可以被设计成在不同的时间释放它们的有效载荷,这可以消除多次注射的需要。

改善这些和其他微粒的注入能力,研究人员通过实验分析的影响改变微粒的大小和形状,溶液的粘度暂停,它们的大小和形状使用的注射器和针头。他们测试了不同大小的立方体、球体和圆柱形颗粒,并测量了每种颗粒的可注射性。

然后,研究人员利用这些数据训练一种被称为神经网络的计算模型,以预测这些参数如何影响可注射性。最重要的因素是粒径、溶液中的颗粒浓度、溶液的粘度和针的尺寸。从事药物传递微粒子研究的人员只需将这些参数输入模型,就可以预测他们的颗粒将如何注射,节省了他们制造不同版本的颗粒并进行实验测试的时间。

Sarmadi说:“不知道这个系统会有多成功,你可以使用这个神经网络,它可以在早期指导你,让你对这个系统有一个了解。”

注入能力提高

研究人员还利用他们的模型来探索改变注射器形状如何影响可注射性。他们提出了一个最理想的形状,类似于喷嘴,有一个宽的直径,逐渐向尖端。利用这种注射器设计,研究人员测试了他们在2017年的一项科学研究中描述的微粒的可注射性,发现他们将微粒的注射比例从15%提高到了近90%。

“这是另一种使作用在粒子上的力最大化并将粒子推向针的方法,”Sarmadi说。“这是一个很有希望的结果,表明微粒子系统的可注射性有很大的改进空间。”

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