微粒提供了一種有前途的方式，可以一次傳遞多種劑量的藥物或疫苗，因?yàn)榭梢詫⑽⒘ＴO(shè)計(jì)為以特定的時(shí)間間隔釋放其有效載荷。但是，大約只有一粒沙大小的顆?？赡芎茈y注入，因?yàn)樗鼈兛赡軙?huì)被典型的注射器堵塞。

麻省理工學(xué)院的研究人員現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種計(jì)算模型，可以幫助他們改善此類微粒的可注射性并防止堵塞。該模型分析各種因素，包括顆粒的大小和形狀，以確定可注射性的最佳設(shè)計(jì)。

使用該模型，研究人員能夠成功注射的微粒百分比增加了六倍。他們現(xiàn)在希望使用該模型來(lái)開(kāi)發(fā)和測(cè)試可用于遞送癌癥免疫治療藥物的微粒，以及其他潛在應(yīng)用。

麻省理工學(xué)院科赫綜合癌癥研究所的研究科學(xué)家Ana Jaklenec說(shuō)：“這是一個(gè)框架，可以幫助我們利用我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中開(kāi)發(fā)的某些技術(shù)，并嘗試進(jìn)入臨床。” 。

麻省理工學(xué)院戴維·H·科赫研究所教授Jaklenec和羅伯特·蘭格(Robert Langer)是該研究的資深作者，該研究今天發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上。該論文的主要作者是麻省理工學(xué)院的研究生Morteza Sarmadi。

微粒模型

微粒的大小范圍為1到1,000微米(百萬(wàn)分之一米)。許多研究人員正在研究使用由聚合物和其他材料制成的微粒來(lái)遞送藥物，并且FDA已經(jīng)批準(zhǔn)了大約十二種這樣的藥物制劑。但是，其他人由于注射困難而失敗。

Jaklenec說(shuō)：“主要問(wèn)題是系統(tǒng)中某處發(fā)生堵塞，導(dǎo)致無(wú)法完全輸送劑量。”“由于可注射性的挑戰(zhàn)，這些藥物中的許多都無(wú)法實(shí)現(xiàn)。”

這類藥物通常是靜脈內(nèi)注射或在皮膚下注射。Sarmadi說(shuō)，確保這些藥物成功到達(dá)目的地是藥物開(kāi)發(fā)過(guò)程中的關(guān)鍵一步，但這是最后要做的一步，并且可能阻礙原本有希望的治療。

他說(shuō)：“可注射性是藥物成功與否的主要因素，但很少有人關(guān)注改善給藥技術(shù)。”“我們希望我們的工作可以改善新型和先進(jìn)的控釋藥物制劑的臨床翻譯。”

Langer和Jaklenec一直在研究可以填充多種劑量的藥物或疫苗的空心微粒?？梢詫⑦@些粒子設(shè)計(jì)為在不同時(shí)間釋放其有效載荷，從而消除多次注入的需要。

為了改善這些微粒和其他微粒的可注射性，研究人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析了改變微粒的大小和形狀，懸浮液的粘度以及用于輸送微粒的注射器和針頭的大小和形狀的影響。 。他們測(cè)試了不同大小的立方體，球體和圓柱狀顆粒，并測(cè)量了每一個(gè)的可注射性。

然后，研究人員使用這些數(shù)據(jù)來(lái)訓(xùn)練一種稱為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算模型，以預(yù)測(cè)每個(gè)參數(shù)如何影響可注射性。結(jié)果最重要的因素是粒度，溶液中的顆粒濃度，溶液的粘度和針頭大小。研究藥物遞送微粒的研究人員只需將這些參數(shù)輸入模型，即可預(yù)測(cè)其微粒的可注射性，從而節(jié)省了他們花時(shí)間來(lái)構(gòu)建不同版本的微粒并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試的時(shí)間。

Sarmadi表示：“您無(wú)需使用實(shí)驗(yàn)來(lái)回進(jìn)行，也不知道系統(tǒng)將如何成功，而是可以使用此神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它可以指導(dǎo)您盡早了解系統(tǒng)。”說(shuō)。

注射能力增強(qiáng)

研究人員還使用他們的模型來(lái)探索改變注射器形狀如何影響可注射性。他們提出了類似于噴嘴的最佳形狀，其直徑朝著尖端逐漸變細(xì)。使用這種注射器設(shè)計(jì)，研究人員測(cè)試了他們?cè)?017年《科學(xué)》研究中描述的微粒的可注射性，發(fā)現(xiàn)它們將輸送的微粒百分比從15%提高到幾乎90%。

Sarmadi說(shuō)：“這是最大化作用在顆粒上并將顆粒推向針頭的力的另一種方法。”“這是一個(gè)令人鼓舞的結(jié)果，表明微粒系統(tǒng)的可注射性還有很大的改進(jìn)空間。”

研究人員現(xiàn)在正在研究設(shè)計(jì)優(yōu)化的系統(tǒng)，以遞送癌癥免疫療法藥物，該系統(tǒng)可以幫助刺激破壞腫瘤細(xì)胞的免疫反應(yīng)。他們認(rèn)為，這些類型的微粒還可以用于運(yùn)送各種疫苗或藥物，包括小分子藥物和生物制劑，其中包括大分子，如蛋白質(zhì)。