ABD’nin en saygın üniversitelerinden olan MIT‘deki mühendisler, bir ilacın veya aşı maddesinin çoklu dozlarının sadece bir enjeksiyonla uzun bir zaman periyodu boyunca verilmesine imkan sağlayan yeni bir yöntem geliştirdiler. SEAL (StampEd Assembly of polymer Layers) adı verilen bu yeni yöntem, herhangi bir termoplastik malzeme ile kullanılabilen ve enjektabl pulsatil ilaç iletimini, pH sensörlerini ve 3-Boyutlu mikroakışkan cihazları içeren geniş uygulama alanları olan, karmaşık geometrili mikroyapıların imalatına izin veriyor. SEAL ayrıca, yüksek çözünürlükte katı veya sıvı içeren tamamen kapalı iç boşlukların üretimine de imkan sağlıyor.
Araştırma ekibi, 3-Boyutlu imalat yönteminden yararlanarak, ilaç veya aşı ile doldurulabilen ve ısı ile hapsedilebilen, biyolojik olarak uyumlu, FDA onaylı bir polimer olan PLGA‘dan yararlanarak mikropartiküller üretti. Yeni geliştirilen mikro parçacıklar, bir ilaç veya aşı ile doldurulabilen ve daha sonra bir kapak ile kapatılmış küçük küplere benziyor. Polimer malzeme, belirli zamanlarda parçalanıp, içerdiği dozajı serbest bırakacak şekilde tasarlandı.
SEAL ile imal edilen kontrollü salınım mikropartikülleri
MIT’deki David H Koch Enstitüsü Profesörü Robert Langer, çalışma ile ilgili şunları söyledi: “Bu çalışma hakkında çok heyecanlıyız. Çünkü ilk kez, her biri hassas, öngörülebilir şekilde serbest bırakılmaya programlanmış, küçük ve kaplanmış aşı partikülleri oluşturduk. Böylece, insanlar potansiyel olarak tek bir enjeksiyon aldığında, bunun iyileştirici etkisi belirli zaman periyodu boyunca sürecek. Bu, gelişmekte olan ülkelerde çok sık doktor kontrolüne götürülemeyen bebeklerin, doğumdan sonra ilk bir ya da iki yıl boyunca ihtiyaç duyacakları tüm aşıları sağlayacak bir enjeksiyon yapılmasına izin verebilir.”
Ekip hedeflerini gerçekleştirmek için; implant, sütür (cerrahi iplik) ve protez cihazlar gibi tıbbi cihazlarda kullanım için onaylanmış, biyolojik olarak uyumlu bir polimer olan PLGA‘dan yararlandı. PLGA ayrıca, farklı zamanlarda içeriğini serbest bırakan çoklu parçacıkların imal edilmesine olanak tanıyan, değişik hızlara indirgenebilecek şekilde tasarlanabiliyor olmasından dolayı da tercih edildi.
Üretim Nasıl Gerçekleştiriliyor?
Konvansiyonel 3 boyutlu baskı tekniklerinin, araştırmacıların istediği malzeme ve boyut için uygun olmadığı ilk araştırmalar sonucunda belirlendi. Bu yüzden bilgisayar çipi imalatından ilham alınarak mikro küpler imal etmek için yeni bir yöntem geliştirildi.
3 Boyutlu mikroyapıların SEAL prosesi kullanılarak montajı
Mikro yapılar polimerin kalıplanmış bir PDMS taban kalıbına preslenmesi ve ısıtılması ve bu katmanların bir substrat üzerine delaminasyonuyla imal edilir ve böylece birinci tabaka oluşturulur. Daha sonra, bir Teflon yüzeyine benzer, karşı bir kalıplama işlemi kullanılarak, özelliklerin soğumadan sonra PDMS kalıp içinde kalmasını sağlayan ikinci bir kat oluşturulur. İkinci kat hizalanır, birinci kat ile temas ettirilir ve yumuşak bir ısıtma adımı kullanılarak sinterlenir. Bu yaklaşım, yıldızlar da dahil olmak üzere çeşitli mikroyapıların oluşturulması için kullanılabilir.
İlaçları 3-Boyutlu mikro parçacıklara yüklemek için otomatik bir dağıtma sistemi kullanıldı
Fotolitografi kullanarak küpler ve kapaklar için silikon kalıplar hazırlandı. Bir cam slayt üzerine yaklaşık 2.000 kalıptan oluşan geniş diziler sığdırdılar. Bu kalıplar PLGA küplerini (birkaç yüz mikronluk kenarları olan küpler) ve kapaklarını şekillendirmek için kullanıldı. Polimer küp dizisi oluşturulduktan sonra, her kübü bir ilaç veya aşı ile doldurmak için özel otomatik dağıtım sistemi kullandılar. Küpler dolduktan sonra, kapaklar her küpe hizalanmış ve kapatılmış. Küp ve kapak birleşinceye kadar sistem hafifçe ısıtılıp içerisindeki ilaç sızdırmaz hale getirilmiş.
Langer, “SEAL tekniği tıbba ve diğer alanlardaki üretimede benzeri görülmemiş fırsatlar yaratabilecek neredeyse herhangi bir malzeme ile küçük ve doldurulabilir kapsüller yaratacak yeni bir platform sağlayabilir” dedi. Bu parçacıklar, enjeksiyon sayısını en aza indirgemek için alerji atışları gibi düzenli olarak verilmesi gereken ilaçların verilmesinde de yararlı olabilir.
Teknik üzerindeki testler devam ediyor
Fareler üzerinde yapılan testlerde, enjeksiyondan sonraki 9, 20 ve 41. günlerde sızıntı yapmadan parçacıkların keskin patlamalarla salıverildiğini belirtildi. Daha sonra deneysel olarak bir bağışıklık tepkisi uyandırmak için yaygın olarak kullanılan ovalbümin ile dolu parçacıklar test edildi. Enjeksiyondan sonra 9 ve 41. günlerde, ovalbüminyum salınan parçacıkların bir kombinasyonunu kullanarak, bu parçacıkların tek bir enjeksiyonunun, iki kez konvansiyonel enjeksiyon ile ortaya çıkan dozdan iki kat daha güçlü bir bağışıklık uyandırdığı keşfedildi.
Araştırmacılar ayrıca enjeksiyondan yüzlerce gün sonra bozunan ve vücuda salınabilen parçacıklar tasarladılar. Bu tür parçacıklar, uzun vadeli aşıların geliştirilmesine yönelik bir devrim olarak nitelendirildi. Kapsül içine konan ilacın veya aşı maddesinin vücut sıcaklığında serbest bırakılmadan önce uzun süre stabil kalmasının sağlandığı da açıklandı.
Bu yeni teknik, geliştirilmekte olan yeni aşılar ve inaktif polio aşısı gibi var olan aşılar dahil olmak üzere çeşitli ilaçlarla test ediyor. Ayrıca aşıları stabilize etmek için yeni stratejiler üzerinde çalışıldığı da açıklandı.
Yorumlar