Investigadores del MIT han desarrollado un parche portátil que envía ondas ultrasónicas indoloras a la piel, creando pequeños canales a través de los cuales pueden pasar los medicamentos. Crédito: Cortesía de los investigadores.
Usando ondas ultrasónicas que impulsan las moléculas del fármaco hacia la piel, el parche se puede usar para tratar una variedad de afecciones de la piel.
Investigadores del MIT han desarrollado un parche ultrasónico portátil que permite la administración eficiente de fármacos a través de la piel, con aplicaciones potenciales en la cicatrización de heridas, el alivio del dolor y diversos tratamientos médicos y cosméticos. El parche ha demostrado una penetración del fármaco significativamente mejorada en comparación con la difusión pasiva y las microagujas, y el equipo está trabajando en la optimización para ensayos en humanos y explorando la implantación interna para el tratamiento de enfermedades.
La piel es una ruta atractiva para la administración de medicamentos porque permite que los medicamentos lleguen directamente a donde se necesitan, lo que puede ser útil para curar heridas, aliviar el dolor u otras aplicaciones médicas y cosméticas. Sin embargo, la administración de medicamentos a través de la piel es difícil porque la capa exterior resistente de la piel impide que pasen la mayoría de las moléculas pequeñas.
Con la esperanza de facilitar la administración de medicamentos a través de la piel, los investigadores del MIT han desarrollado un parche portátil que envía ondas ultrasónicas indoloras a la piel, creando pequeños canales a través de los cuales pueden pasar los medicamentos. Este enfoque podría prestarse para brindar tratamientos para una variedad de afecciones de la piel y también podría adaptarse para administrar hormonas, relajantes musculares y otras drogas, dicen los investigadores.
El parche está hecho de PDMS, un polímero a base de silicona que puede adherirse a la piel sin cinta adhesiva.
El parche está incrustado con varios transductores piezoeléctricos en forma de disco, en la foto. Crédito: Cortesía de los investigadores.
«La facilidad de uso y la alta repetibilidad que ofrece este sistema brindan una alternativa revolucionaria para pacientes y consumidores que sufren problemas de la piel y envejecimiento prematuro de la piel», dice Canan Dagdeviren, profesor asociado en el MIT Media Lab y autor principal del estudio. «La administración de medicamentos de esta manera puede ofrecer menos toxicidad sistémica y es más local, cómoda y controlable».
Los asistentes de investigación del MIT Chia-Chen Yu y Aastha Shah son los autores principales del artículo, que se publicó recientemente en la revista Advanced Materials como parte de la serie «Rising Stars» de la revista, que muestra el trabajo sobresaliente de los investigadores en las primeras etapas. sus carreras independientes. Otros autores del MIT incluyen al asistente de investigación Colin Marcus y al postdoctorado Md Osman Goni Nayeem. Nikta Amiri, Amit Kumar Bhayadia y Amin Karami de la Universidad de Buffalo también son autores del artículo.
Un pulso de ondas sonoras.
Los investigadores comenzaron este proyecto como una exploración de formas alternativas de administrar medicamentos. La mayoría de los medicamentos se administran por vía oral o intravenosa, pero la piel es una ruta que puede ofrecer una administración de medicamentos mucho más específica para ciertas aplicaciones.
“El principal beneficio de la piel es que pasa por alto todo el tracto gastrointestinal. Con la administración oral, debe administrar una dosis mucho mayor para compensar la pérdida que tendría en el sistema gástrico”, dice Shah. “Esta es una modalidad mucho más específica y enfocada de administración de medicamentos”.
Se ha demostrado que la exposición al ultrasonido aumenta la permeabilidad de la piel a los fármacos de molécula pequeña, pero la mayoría de las técnicas existentes para realizar este tipo de administración de fármacos requieren un equipo voluminoso. El equipo del MIT quería encontrar una manera de lograr este tipo de administración transdérmica de fármacos con un parche ligero y portátil que pudiera facilitar el uso en una variedad de aplicaciones.
El dispositivo que diseñaron consiste en un parche incrustado con varios transductores piezoeléctricos en forma de disco, que pueden convertir corrientes eléctricas en energía mecánica. Cada disco se inserta en una cavidad polimérica que contiene moléculas de fármaco disueltas en una solución líquida. Cuando se aplica una corriente eléctrica a los elementos piezoeléctricos, generan ondas de presión en el fluido, creando burbujas que revientan contra la piel. Estas ampollas que revientan producen microchorros de líquido que pueden penetrar a través de la dura capa externa de la piel, el estrato córneo.
“Esto abre la puerta al uso de vibraciones para mejorar la administración de fármacos. Hay varios parámetros que dan como resultado la generación de diferentes tipos de patrones de forma de onda. Este nuevo conjunto de herramientas puede mejorar tanto los aspectos mecánicos como los biológicos de la administración de fármacos”, dice Karami.
El parche está hecho de PDMS, un polímero a base de silicona que puede adherirse a la piel sin cinta adhesiva. En este estudio, los investigadores probaron el dispositivo proporcionando una vitamina B llamada niacinamida, un ingrediente en muchos protectores solares y humectantes.
En pruebas con piel de cerdo, los investigadores demostraron que cuando administraron niacinamida con el parche de ultrasonido, la cantidad de fármaco que penetró en la piel fue 26 veces mayor que la cantidad que podría pasar a través de la piel sin la ayuda del ultrasonido.
Los investigadores también compararon los resultados de su nuevo dispositivo con microagujas, una técnica que a veces se usa para la administración transdérmica de medicamentos que consiste en perforar la piel con agujas en miniatura. Los investigadores descubrieron que su parche podía administrar la misma cantidad de niacinamida en 30 minutos que las microagujas en un período de seis horas.
entrega local
Con la versión actual del dispositivo, los medicamentos pueden penetrar unos pocos milímetros de piel, lo que hace que este enfoque sea potencialmente útil para los medicamentos que actúan localmente sobre la piel. Estos pueden incluir niacinamida o vitamina C, que se usa para tratar manchas de la edad u otras manchas oscuras en la piel, o medicamentos tópicos que se usan para curar quemaduras.
Con modificaciones adicionales para aumentar la profundidad de penetración, esta técnica también se puede usar para medicamentos que necesitan llegar al torrente sanguíneo, como la cafeína, el fentanilo o la lidocaína. Dagdeviren también cree que este tipo de parche podría ser útil para liberar hormonas como la progesterona. Además, los investigadores ahora están explorando la posibilidad de implantar dispositivos similares dentro del cuerpo para administrar medicamentos para tratar el cáncer u otras enfermedades.
Los investigadores también están trabajando para optimizar aún más el parche portátil, con la esperanza de probarlo pronto en voluntarios humanos. También planean repetir los experimentos de laboratorio que hicieron en este estudio, con moléculas de fármaco más grandes.
“Después de caracterizar los perfiles de penetración de medicamentos para medicamentos mucho más grandes, veríamos qué candidatos, como hormonas o insulina, se pueden administrar con esta tecnología, para brindar una alternativa indolora para aquellos que actualmente se ven obligados a autoadministrarse inyecciones a diario. base.”, dice Shah.
Referencia: «Un parche de ultrasonido conformable para la administración de cosmecéuticos transdérmicos mejorados con cavitación» por Chia-Chen Yu, Aastha Shah, Nikta Amiri, Colin Marcus, Md Osman Goni Nayeem, Amit Kumar Bhayadia, Amin Karami y Canan Dagdeviren, 19 de marzo de 2023, Materiales avanzados.
DOI: 10.1002/adma.202300066
La investigación fue financiada por la Fundación Nacional de Ciencias, un Premio de Facultad No Titular de 3M, el Programa Puente Sagol Weizmann-MIT, Texas Instruments, Inc., el Consorcio de Laboratorio de Medios de MIT y una Beca de Posgrado del Centro de Bionics K. Lisa Yang.
