Tragbares Pflaster kann Medikamente schmerzlos durch die Haut abgeben

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Die Haut ist ein attraktiver Weg für die Medikamentenabgabe, da sie es ermöglicht, dass Medikamente direkt an die Stelle gelangen, an der sie benötigt werden, was für die Wundheilung, Schmerzlinderung oder andere medizinische und kosmetische Anwendungen nützlich sein könnte. Allerdings ist die Abgabe von Arzneimitteln durch die Haut schwierig, da die robuste Außenschicht der Haut die meisten kleinen Moleküle daran hindert, durch die Haut zu gelangen.

In der Hoffnung, die Verabreichung von Medikamenten durch die Haut zu erleichtern, haben MIT-Forscher ein tragbares Pflaster entwickelt, das schmerzlose Ultraschallwellen auf die Haut überträgt und so winzige Kanäle schafft, durch die Medikamente gelangen können. Dieser Ansatz könnte sich für die Bereitstellung von Behandlungen für eine Vielzahl von Hauterkrankungen eignen und könnte auch für die Verabreichung von Hormonen, Muskelrelaxantien und anderen Medikamenten angepasst werden, sagen die Forscher.

„Die Benutzerfreundlichkeit und hohe Wiederholbarkeit dieses Systems bietet eine bahnbrechende Alternative für Patienten und Verbraucher, die unter Hauterkrankungen und vorzeitiger Hautalterung leiden“, sagt Canan Dagdeviren, außerordentlicher Professor am Media Lab des MIT und leitender Autor der Studie. „Die Verabreichung von Arzneimitteln auf diese Weise könnte zu einer geringeren systemischen Toxizität führen und ist lokal, bequemer und kontrollierbarer.“

Die MIT-Forschungsassistenten Chia-Chen Yu und Aastha Shah sind die Hauptautoren des Artikels, der in Advanced Materials als Teil der „Rising Stars“-Reihe der Zeitschrift erscheint, die die herausragende Arbeit von Forschern in den frühen Phasen ihrer unabhängigen Karriere präsentiert . Weitere MIT-Autoren sind der wissenschaftliche Mitarbeiter Colin Marcus und der Postdoktorand Md Osman Goni Nayeem. Nikta Amiri, Amit Kumar Bhayadia und Amin Karami von der University of Buffalo sind ebenfalls Autoren des Artikels.

Ein Schub durch Schallwellen

Die Forscher begannen dieses Projekt mit der Erforschung alternativer Wege zur Arzneimittelabgabe. Die meisten Medikamente werden oral oder intravenös verabreicht, aber die Haut ist ein Weg, der für bestimmte Anwendungen eine viel gezieltere Medikamentenabgabe ermöglichen könnte.

„Der Hauptvorteil der Haut besteht darin, dass der gesamte Magen-Darm-Trakt umgangen wird. Bei der oralen Verabreichung muss man eine viel größere Dosis verabreichen, um den Verlust im Magensystem auszugleichen“, sagt Shah. „Dies ist eine viel gezieltere und fokussiertere Modalität der Arzneimittelverabreichung.“

Es hat sich gezeigt, dass die Einwirkung von Ultraschall die Durchlässigkeit der Haut für niedermolekulare Medikamente erhöht, doch die meisten bestehenden Techniken zur Durchführung dieser Art der Medikamentenverabreichung erfordern sperrige Ausrüstung. Das MIT-Team wollte eine Möglichkeit finden, diese Art der transdermalen Arzneimittelabgabe mit einem leichten, tragbaren Pflaster durchzuführen, das die Verwendung für eine Vielzahl von Anwendungen erleichtern könnte.

Das von ihnen entworfene Gerät besteht aus einem Patch, in den mehrere scheibenförmige piezoelektrische Wandler eingebettet sind, die elektrische Ströme in mechanische Energie umwandeln können. Jede Scheibe ist in einen Polymerhohlraum eingebettet, der die in einer flüssigen Lösung gelösten Arzneimittelmoleküle enthält. Wenn elektrischer Strom an die piezoelektrischen Elemente angelegt wird, erzeugen sie Druckwellen in der Flüssigkeit, wodurch Blasen entstehen, die auf der Haut platzen. Diese platzenden Blasen erzeugen Mikrostrahlen aus Flüssigkeit, die durch die harte Außenschicht der Haut, das Stratum Corneum, dringen können.

„Dies öffnet die Tür für den Einsatz von Vibrationen zur Verbesserung der Arzneimittelabgabe. Es gibt mehrere Parameter, die zur Erzeugung verschiedener Arten von Wellenformmustern führen. Sowohl mechanische als auch biologische Aspekte der Arzneimittelabgabe können durch dieses neue Toolset verbessert werden“, sagt Karami.

Das Pflaster besteht aus PDMS, einem Polymer auf Silikonbasis, das ohne Klebeband auf der Haut haften kann. In dieser Studie testeten die Forscher das Gerät, indem sie ein B-Vitamin namens Niacinamid lieferten, ein Bestandteil vieler Sonnenschutzmittel und Feuchtigkeitscremes.

In Tests mit Schweinehaut zeigten die Forscher, dass bei der Verabreichung von Niacinamid mithilfe des Ultraschallpflasters die Menge des Arzneimittels, die in die Haut eindrang, 26-mal größer war als die Menge, die ohne Ultraschallunterstützung durch die Haut gelangen konnte.

Die Forscher verglichen die Ergebnisse ihres neuen Geräts auch mit dem Microneedling, einer Technik, die manchmal zur transdermalen Arzneimittelabgabe eingesetzt wird und bei der die Haut mit Miniaturnadeln durchstochen wird. Die Forscher fanden heraus, dass ihr Pflaster in 30 Minuten die gleiche Menge Niacinamid abgeben konnte wie mit Mikronadeln über einen Zeitraum von sechs Stunden.

Lieferung vor Ort

Mit der aktuellen Version des Geräts können Medikamente einige Millimeter in die Haut eindringen, sodass dieser Ansatz möglicherweise für Medikamente nützlich ist, die lokal in der Haut wirken. Dazu können Niacinamid oder Vitamin C gehören, die zur Behandlung von Altersflecken oder anderen dunklen Flecken auf der Haut eingesetzt werden, oder topische Medikamente zur Heilung von Verbrennungen.

Mit weiteren Modifikationen zur Erhöhung der Eindringtiefe könnte diese Technik auch für Medikamente eingesetzt werden, die in den Blutkreislauf gelangen müssen, wie etwa Koffein, Fentanyl oder Lidocain. Dagdeviren geht außerdem davon aus, dass diese Art von Pflaster für die Abgabe von Hormonen wie Progesteron nützlich sein könnte. Darüber hinaus untersuchen die Forscher derzeit die Möglichkeit, ähnliche Geräte in den Körper zu implantieren, um Medikamente zur Behandlung von Krebs oder anderen Krankheiten zu verabreichen.

Die Forscher arbeiten außerdem daran, das tragbare Pflaster weiter zu optimieren, in der Hoffnung, es bald an freiwilligen Probanden testen zu können. Sie planen außerdem, die Laborexperimente, die sie in dieser Studie durchgeführt haben, mit größeren Arzneimittelmolekülen zu wiederholen.

„Nachdem wir die Wirkstoffpenetrationsprofile für viel größere Medikamente charakterisiert haben, würden wir sehen, welche Kandidaten, wie Hormone oder Insulin, mit dieser Technologie verabreicht werden können, um eine schmerzlose Alternative für diejenigen zu bieten, die sich derzeit auf eine Selbstverabreichung von Injektionen beschränken müssen.“ täglich“, sagt Shah.

Die Forschung wurde von der National Science Foundation, einem 3M Non-Tenured Faculty Award, dem Sagol Weizmann-MIT Bridge Program, Texas Instruments, Inc., dem MIT Media Lab Consortium und einem K. Lisa Yang Bionics Center Graduate Fellowship finanziert.

Forscher am MIT haben ein tragbares Pflaster entwickelt, mit dem Medikamente mithilfe von Ultraschallwellen durch die Haut gelangen können, berichtet Sandra Tsing für NPR. „Die Forscher sagen, dass ihr leichtes Design einen zuverlässigen Einsatz unterwegs ermöglicht“, sagt Tsing. „Damit könnten Hauterkrankungen behandelt werden, sowohl medizinische als auch kosmetische.“

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