Исследователи из Университета Тохоку (Япония) разработали устройство, работающее на биобатареях, способное как доставлять крупномолекулярные фармацевтические препараты через кожный барьер, так и извлекать интерстициальную жидкость для диагностических целей. Информация о разработке опубликована в журнале Nature Communications в январе 2021 года.
Команда, возглавляемая Мацухико Нисидзавой (Matsuhiko Nishizawa), профессором кафедры точной механики Высшей инженерной школы Университета Тохоку, разработала набор микроигл, пористых и действующих как взаимосвязанные (соединенные между собой) каналы для введения или извлечения жидкости, в том числе большие молекулы вакцин или инсулина.
По словам Нисидзава, это шаг вперед по сравнению с коммерциализированными патчами для доставки низкомолекулярных веществ, которые используются для послеоперационного обезболивания или лечения. Длина микроигл – 250 микрон, а ширина – примерно равна трем человеческим волоскам. Эти иглы безболезненно проникают в самый внешний слой кожи, но при этом они недостаточно длинные, чтобы поразить кровеносные сосуды или нервы.
Когда низкое электрическое напряжение подается к матрице пористых микроигл, покрытых гидрогелем, создается поток жидкости как при действии поршня шприца. Этот процесс, называемый электроосмотическим потоком, может увеличить скорость передачи лекарств через кожный барьер или скорость извлечения межклеточной (интерстициальной) жидкости, которую необходимо проверить на такой показатель как уровень глюкозы.
«Это исследование стало первой демонстрацией того, что электроосмотический поток, создаваемый матрицей пористых микроигл, ускоряет трансдермальное проникновение молекул лекарств и извлечение межклеточной жидкости», – сказал Нисидзава.
Исследователи привели устройство в действие с помощью биобатареи. Она состоит из четырех связанных электродов и преобразует химическую энергию, полученную от ферментов, перерабатывающих сахар и атмосферный кислород, в электрическую. Биобатарея и матрица пористых микроигл крепятся к коже клейким пластырем размером меньше визитной карточки.
В настоящее время исследователи разрабатывают матрицу пористых микроигл на основе биоразлагаемого полимера.
«Показанное использование встроенной биобатареи доказывает будущую возможность создания полностью органического патча для кожи на основе электроосмоса, который будет безопасным и действительно одноразовым», – сказал Нисидзава.
Источник:
Shinya Kusama, Kaito Sato, Yuuya Matsui, Natsumi Kimura, Hiroya Abe, Shotaro Yoshida, Matsuhiko Nishizawa. Transdermal electroosmotic flow generated by a porous microneedle array patch. Nature Communications, 2021; 12 (1) DOI: 10.1038/s41467–021–20948–4.