De meeste geneesmiddelen moeten ofwel worden ingenomen of in het lichaam worden geïnjecteerd om hun werk te doen. Hoe dan ook, het enige tijd duurt voordat ze hun beoogde doelen hebben bereikt, en ze hebben ook de neiging zich uit te spreiden naar andere delen van het lichaam. Nutsvoorzieningen, onderzoekers van MIT en elders hebben een systeem ontwikkeld om medische behandelingen te leveren die op precieze tijden kunnen worden vrijgegeven, minimaal invasief, en dat zou die medicijnen uiteindelijk ook kunnen leveren aan specifiek gerichte gebieden zoals een specifieke groep neuronen in de hersenen.

De nieuwe benadering is gebaseerd op het gebruik van kleine magnetische deeltjes die zijn ingesloten in een kleine holle bel van lipiden (vetmoleculen) gevuld met water, bekend als een liposoom. Het favoriete medicijn is ingekapseld in deze bubbels, en kan worden vrijgegeven door een magnetisch veld aan te leggen om de deeltjes op te warmen, waardoor het medicijn uit het liposoom en in het omringende weefsel kan ontsnappen.

De bevindingen worden vandaag gerapporteerd in het tijdschrift Natuur Nanotechnologie in een paper van MIT-postdoc Siyuan Rao, Universitair hoofddocent Polina Anikeeva, en 14 anderen bij MIT, Stanford universiteit, Harvard universiteit, en het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie in Zürich.

"We wilden een systeem dat een medicijn met temporele precisie kon afgeven, en kan zich uiteindelijk richten op een bepaalde locatie, " legt Anikeeva uit. "En als we niet willen dat het invasief is, we moeten een niet-invasieve manier vinden om de release te activeren."

Magnetische velden, die gemakkelijk door het lichaam kunnen dringen - zoals blijkt uit gedetailleerde interne beelden geproduceerd door magnetische resonantiebeeldvorming, of MRI - waren een natuurlijke keuze. Het moeilijkste was het vinden van materialen die konden worden getriggerd om op te warmen door gebruik te maken van een zeer zwak magnetisch veld (ongeveer een honderdste van de sterkte die wordt gebruikt voor MRI), om schade aan het geneesmiddel of de omliggende weefsels te voorkomen, zegt Rao.

Rao kwam op het idee om magnetische nanodeeltjes te nemen, waarvan al was aangetoond dat ze kunnen worden verwarmd door ze in een magnetisch veld te plaatsen, en ze te verpakken in deze sferen die liposomen worden genoemd. Dit zijn als kleine belletjes van lipiden, die van nature een bolvormige dubbele laag vormen rond een waterdruppel.

Wanneer geplaatst in een hoogfrequent maar zwak magnetisch veld, de nanodeeltjes worden warm, de lipiden opwarmen en een overgang van vast naar vloeibaar laten ondergaan, waardoor de laag poreuzer wordt - net genoeg om een ​​deel van de medicijnmoleculen naar de omliggende gebieden te laten ontsnappen. Als het magnetische veld is uitgeschakeld, de lipiden stollen opnieuw, verdere vrijlating te voorkomen. Overuren, dit proces kan worden herhaald, waardoor doses van het ingesloten medicijn met nauwkeurig gecontroleerde tussenpozen vrijkomen.

De medicijndragers zijn ontworpen om stabiel te zijn in het lichaam bij de normale lichaamstemperatuur van 37 graden Celsius, maar in staat om hun lading drugs vrij te geven bij een temperatuur van 42 graden. "Dus we hebben een magnetische schakelaar voor medicijnafgifte, " en die hoeveelheid warmte is klein genoeg " zodat je geen thermische schade aan weefsels veroorzaakt, " zegt Anikeeva, die aanstellingen heeft bij de afdelingen Materials Science and Engineering en de Brain and Cognitive Sciences.

In principe, deze techniek kan ook worden gebruikt om de deeltjes naar specifieke, lokaliseer locaties in het lichaam, gradiënten van magnetische velden gebruiken om ze voort te duwen, maar dat aspect van het werk is een doorlopend project. Voor nu, de onderzoekers hebben de deeltjes rechtstreeks in de doellocaties geïnjecteerd, en het gebruik van de magnetische velden om de timing van medicijnafgifte te regelen. "De technologie stelt ons in staat om het ruimtelijke aspect aan te pakken, "Anikeeva zegt, maar dat is nog niet aangetoond.

Dit kan zeer nauwkeurige behandelingen mogelijk maken voor een breed scala aan aandoeningen, ze zegt. "Veel hersenaandoeningen worden gekenmerkt door foutieve activiteit van bepaalde cellen. Wanneer neuronen te actief of niet actief genoeg zijn, die zich manifesteert als een stoornis, zoals Parkinson, of depressie, of epilepsie." Als een medisch team een ​​medicijn wilde afleveren aan een specifiek stukje neuronen en op een bepaald tijdstip, zoals wanneer een begin van symptomen wordt gedetecteerd, zonder de rest van de hersenen aan dat medicijn te onderwerpen, dit systeem "zou ons een zeer nauwkeurige manier kunnen geven om die aandoeningen te behandelen, " ze zegt.

Rao zegt dat het maken van deze door nanodeeltjes geactiveerde liposomen eigenlijk een vrij eenvoudig proces is. "We kunnen de liposomen met de deeltjes binnen enkele minuten in het laboratorium bereiden, " ze zegt, en het proces moet "zeer eenvoudig op te schalen" zijn voor productie. En het systeem is breed toepasbaar voor medicijnafgifte:"we kunnen elk in water oplosbaar medicijn inkapselen, "en met enkele aanpassingen, ook andere medicijnen ze zegt.

Een sleutel tot de ontwikkeling van dit systeem was het perfectioneren en kalibreren van een manier om liposomen van een zeer uniforme grootte en samenstelling te maken. Hierbij wordt een waterbasis gemengd met de vetzuur-lipide-moleculen en magnetische nanodeeltjes en deze onder nauwkeurig gecontroleerde omstandigheden gehomogeniseerd. Anikeeva vergelijkt het met het schudden van een fles saladedressing om de olie en azijn te mengen, maar de timing beheersen, richting en sterkte van het schudden om een ​​nauwkeurige menging te garanderen.

Anikeeva zegt dat hoewel haar team zich heeft gericht op neurologische aandoeningen, want dat is hun specialiteit, het medicijnafgiftesysteem is eigenlijk vrij algemeen en kan op bijna elk deel van het lichaam worden toegepast, bijvoorbeeld om medicijnen tegen kanker af te leveren, of zelfs om pijnstillers rechtstreeks in een getroffen gebied af te geven in plaats van ze systemisch toe te dienen en het hele lichaam te beïnvloeden. "Dit zou het kunnen leveren waar het nodig is, en niet continu leveren, "maar alleen als het nodig is.

Omdat de magnetische deeltjes zelf vergelijkbaar zijn met de deeltjes die al wijdverbreid worden gebruikt als contrastmiddelen voor MRI-scans, het wettelijke goedkeuringsproces voor het gebruik ervan kan worden vereenvoudigd, omdat hun biologische compatibiliteit grotendeels is bewezen.