Ongeveer de helft van alle medicijnen voor chronische ziekten wordt niet volgens voorschrift ingenomen, kost het Amerikaanse gezondheidszorgsysteem elk jaar meer dan $ 100 miljard aan vermijdbare ziekenhuisverblijven.

Deze niet-naleving is zelfs nog belangrijker in de derde wereld, waar de budgetten voor de gezondheidszorg chronisch overbelast zijn en patiënten die worden behandeld voor ziekten zoals malaria, meerdere medicijnen moeten nemen met complexe doseringsschema's.

Om ervoor te zorgen dat patiënten hun volledige behandelingskuur krijgen, onderzoekers van MIT en Brigham and Women's Hospital hebben een nieuwe set materialen voor medicijnafgifte ontwikkeld, die tot negen dagen in de maag kan blijven, langzaam hun dosering van medicatie afgeven.

De materialen, die de onderzoekers beschrijven in een artikel dat vandaag in het tijdschrift is gepubliceerd Natuurcommunicatie , staan ​​bekend als triggerable tough hydrogels (TTH), volgens Robert Langer, de David H. Koch Institute Professor aan het MIT en een lid van het Koch Institute for Integrative Cancer Research van het MIT.

"Een van de grootste problemen in de gezondheidszorg is niet-naleving, mensen die gewoon hun medicijnen niet innemen, " zegt Langer, die een van de senior co-auteurs van het artikel is. "We hebben samengewerkt met de Bill and Melinda Gates Foundation om capsules met een ultralange werking te ontwikkelen, die gedurende het gehele verloop van een behandeling kan duren, of kan eenmaal per week of eenmaal per maand worden ingenomen, afhankelijk van het apparaat."

Een capsule ontwikkelen die niet snel door het lichaam gaat, maar kan in plaats daarvan gedurende lange tijd in het maagdarmkanaal (GI) verblijven, is geen gemakkelijke taak, aangezien elk materiaal de aanzienlijke drukkrachten in de maag moet kunnen weerstaan.

Een dergelijk hulpmiddel moet ook klein genoeg zijn om comfortabel te kunnen worden ingeslikt, maar groot genoeg om te voorkomen dat het uit de maag en in de darmen komt via een gebied dat bekend staat als de pylorus, zegt Giovanni Traverso, een onderzoeksfiliaal aan het Koch Institute, een gastro-enteroloog en biomedisch ingenieur bij Brigham and Women's Hospital, en de co-senior auteur van de krant.

Bovendien, het moet mogelijk zijn om het apparaat te activeren om zichzelf te vernietigen, in het geval van een allergische reactie op, of ongewenste bijwerkingen van, de gel of het medicijn dat wordt afgeleverd.

Hiertoe, de onderzoekers begonnen het gebruik van hydrogels te onderzoeken, polymeergels met een hoog watergehalte, waardoor ze de capaciteit hebben om op te zwellen wanneer ze worden gehydrateerd.

Capsules gemaakt van de hydrogel in gedehydrateerde toestand kunnen door de patiënt worden ingeslikt; ze zouden dan opzwellen bij het binnenkomen van de maag, om te voorkomen dat ze door de pylorus gaan.

Echter, hydrogels, die typisch zijn gevormd uit een enkel netwerk van verknoopte polymeerketens, zijn meestal vrij zacht, en ze hebben niet de sterkte om drukkrachten te weerstaan.

Dus gebruikten de onderzoekers in plaats daarvan twee met elkaar verweven polymeernetwerken, een sterkere op te bouwen, veerkrachtiger materiaal. "Er zijn twee netwerken. Een is samengesteld uit alginaat, een materiaal afgeleid van zeewier, en de andere is polyacrylamide, een veelgebruikt polymeer, ' zegt Traverso.

Binnen deze met elkaar verweven netwerken zijn twee soorten chemische bindingen verknoopt, die op verzoek kan worden opgelost met behulp van biocompatibele triggerverbindingen.

Het polyacrylamidenetwerk is verknoopt met disulfidebindingen, die kan worden opgelost met behulp van de antioxidant glutathion. Het alginaatnetwerk, in tegenstelling tot, is verknoopt met ionische bindingen, die kan worden opgelost met een chemische stof die bekend staat als EDTA (ethyleendiaminetetraazijnzuur), die wordt gebruikt als conserveermiddel in sommige voedingsmiddelen en als een behandeling voor kwik- en loodvergiftiging.

Op deze manier, als het capsule-apparaat snel uit de maag moet worden verwijderd, de patiënt kan de tegengifstoffen eenvoudig doorslikken, waardoor het materiaal uit elkaar valt en het veilig door het lichaam kan gaan.

Toen de onderzoekers de mechanische sterkte van de materialen testten, ze ontdekten dat ze robuust genoeg waren om breuken te weerstaan, zelfs onder druk van een scheermesje.

Vervolgens testten ze apparaten gebouwd van de materialen in grote diermodellen, waar ze ontdekten dat ze de krachten in de maag meer dan zeven dagen konden weerstaan, volgens de hoofdauteur van het artikel, Jinyao Liu, een MIT-postdoc.

Eindelijk, ze hebben het potentieel van het apparaat als medicijnafgiftesysteem getest, door het te laden met het antimalariamiddel lumefantrine. Ze kozen voor dit medicijn omdat niet-naleving van medicatie een bijzonder probleem is bij de behandeling van malariagevallen in ontwikkelingslanden.

Ze ontdekten dat het apparaat de lumefantrine op een gecontroleerde manier kon afgeven, over een periode van dagen.

De onderzoekers zijn nu van plan om verder te werken aan de snelheid van medicijnafgifte uit de capsules, en om andere toepassingen voor de materialen te onderzoeken, zoals bij interventies voor gewichtsverlies en weefselmanipulatie.