Veel van de meest veelbelovende nieuwe geneesmiddelen die op de markt komen in de ontwikkeling van geneesmiddelen zijn van nature hydrofoob, dat wil zeggen dat ze water afstoten en dus moeilijk op te lossen zijn om ze beschikbaar te maken voor het lichaam. Maar nu hebben onderzoekers van MIT een efficiëntere manier gevonden om deze medicijnen te verwerken en af ​​te leveren, waardoor ze veel effectiever kunnen worden.

De nieuwe methode, waarbij de medicijnen in eerste instantie in een vloeibare oplossing worden verwerkt in plaats van in vaste vorm, wordt gerapporteerd in een artikel in het tijdschrift Advanced Healthcare Materials , geschreven door MIT-student Lucas Attia, recent afgestudeerd Liang-Hsun Chen Ph.D., en hoogleraar chemische technologie Patrick Doyle.

Momenteel gebeurt veel medicijnverwerking via een lange reeks opeenvolgende stappen, legt Doyle uit. "We denken dat we het proces kunnen stroomlijnen, maar ook betere producten kunnen krijgen, door deze stappen te combineren en ons begrip van zachte materie en zelfassemblageprocessen te benutten", zegt hij.

Attia voegt eraan toe dat "veel actieve ingrediënten met kleine moleculen hydrofoob zijn, dus ze houden er niet van om in water te zijn en ze lossen zeer slecht op in water, wat leidt tot hun slechte biologische beschikbaarheid." Het oraal toedienen van dergelijke medicijnen, wat patiënten verkiezen boven injecties, levert echte problemen op bij het verkrijgen van het materiaal in de bloedbaan van de patiënt. Tot 90% van de kandidaat-medicijnmoleculen die door farmaceutische bedrijven worden ontwikkeld, zijn feitelijk hydrofoob, zegt hij, "dus dit is relevant voor een grote klasse van potentiële medicijnmoleculen."

Een ander voordeel van het nieuwe proces, zegt hij, is dat het gemakkelijker moet worden om meerdere verschillende medicijnen in één pil te combineren. "Voor verschillende soorten ziekten waarbij je meerdere medicijnen tegelijkertijd gebruikt, kan dit soort product erg belangrijk zijn bij het verbeteren van de therapietrouw van de patiënt", voegt hij eraan toe. Als je maar één pil hoeft te slikken in plaats van een handvol, is de kans veel groter. dat patiënten hun medicijnen kunnen blijven gebruiken. "Dat is eigenlijk een groot probleem bij deze chronische ziekten waarbij patiënten zeer uitdagende pilregimes gebruiken, dus het is aangetoond dat combinatieproducten veel helpen."

Een sleutel tot het nieuwe proces is het gebruik van een hydrogel:een soort sponsachtig gelmateriaal dat water kan vasthouden en moleculen op hun plaats kan houden. De huidige processen om hydrofobe materialen beter biologisch beschikbaar te maken, omvatten het mechanisch vermalen van de kristallen tot kleinere afmetingen, waardoor ze gemakkelijker oplossen. Dit proces voegt echter tijd en kosten toe aan het productieproces, biedt weinig controle over de grootteverdeling van de deeltjes en kan beschadigen feitelijk enkele meer delicate medicijnmoleculen.

In plaats daarvan omvat het nieuwe proces het oplossen van het medicijn in een drageroplossing en het genereren van kleine nanodruppeltjes van deze drager, verspreid door een polymeeroplossing – een materiaal dat een nano-emulsie wordt genoemd. Vervolgens wordt deze nano-emulsie door een injectiespuit geperst en tot een hydrogel gegeleerd. De hydrogel houdt de druppels op hun plaats terwijl de drager verdampt, waardoor nanokristallen van medicijnen achterblijven. Deze aanpak maakt nauwkeurige controle over de uiteindelijke kristalgrootte mogelijk.

De hydrogel zorgt ervoor dat de druppels tijdens het drogen op hun plaats blijven en voorkomt dat ze eenvoudigweg samenvloeien en klonterige agglomeraties van verschillende groottes vormen. Zonder de hydrogel zouden de druppels willekeurig samenvloeien, en "zou je een puinhoop krijgen", zegt Doyle. In plaats daarvan laat het nieuwe proces een reeks perfect uniforme nanodeeltjes achter. "Dat is een heel unieke, nieuwe manier die onze groep heeft uitgevonden om dit soort kristallisatie uit te voeren en de nanogrootte te behouden", zegt hij.

Het nieuwe proces levert een pakket op dat uit twee delen bestaat:een kern die de actieve moleculen bevat, omgeven door een omhulsel, ook gemaakt van hydrogel, dat de timing kan regelen tussen de inname van de pil en het vrijkomen van de inhoud ervan in het lichaam.

"We hebben laten zien dat we zeer nauwkeurige controle kunnen krijgen over de vrijgave van medicijnen, zowel wat betreft vertraging als snelheid", zegt Doyle, Robert T. Haslam hoogleraar chemische technologie en Singapore Research Professor. Als een medicijn zich bijvoorbeeld richt op een ziekte in de lagere of dikke darm, "kunnen we bepalen hoe lang het duurt voordat de medicijnafgifte begint, en dan krijgen we ook een zeer snelle afgifte zodra deze begint." Geneesmiddelen die op de conventionele manier zijn geformuleerd met mechanische nanomilling, zeggen hij, "zouden een langzame medicijnafgifte hebben."

Dit proces, zegt Attia, "is de eerste benadering die in één enkele verwerkingsstap kern-omhulsel-composietdeeltjes kan vormen en medicijnen in verschillende polymere lagen kan structureren."

De volgende stappen bij de ontwikkeling van het proces zullen zijn het testen van het systeem op een grote verscheidenheid aan medicijnmoleculen, naast de twee representatieve voorbeelden die tot nu toe zijn getest, zegt Doyle. Hoewel ze reden hebben om aan te nemen dat het proces generaliseerbaar is, zegt hij, "zit het bewijs in de pudding:als we de gegevens in handen hebben."

Het druppelproces dat ze gebruiken, zegt hij, "kan schaalbaar zijn, maar er moeten nog veel details worden uitgewerkt." Maar omdat alle materialen waarmee ze werken zijn gekozen als materialen die al als veilig voor medisch gebruik worden erkend, zou het goedkeuringsproces eenvoudig moeten zijn, zegt hij. "Het zou binnen een paar jaar geïmplementeerd kunnen worden... We maken ons geen zorgen over al die typische veiligheidshindernissen waar andere nieuwe formuleringen volgens mij doorheen moeten, en die erg duur kunnen zijn."

Meer informatie: Lucas Attia et al, Orthogonale gelaties om kern-shell-hydrogels te synthetiseren, geladen met nano-emulsie-getempleerde medicijn-nanodeeltjes voor veelzijdige orale toediening van medicijnen, Geavanceerde gezondheidszorgmaterialen (2023). DOI:10.1002/adhm.202301667

Journaalinformatie: Geavanceerd materiaal voor de gezondheidszorg

Aangeboden door Massachusetts Institute of Technology

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.