As micropartículas oferecem uma maneira promissora de administrar várias doses de um medicamento ou vacina de uma só vez, porque eles podem ser projetados para liberar sua carga útil em intervalos específicos. Contudo, as partículas, que são aproximadamente do tamanho de um grão de areia, podem ser difíceis de injetar porque podem ficar obstruídos em uma seringa comum.

Os pesquisadores do MIT desenvolveram agora um modelo computacional que pode ajudá-los a melhorar a injetabilidade dessas micropartículas e prevenir o entupimento. O modelo analisa uma variedade de fatores, incluindo o tamanho e a forma das partículas, para determinar um projeto ideal para injetabilidade.

Usando este modelo, os pesquisadores conseguiram um aumento de seis vezes na porcentagem de micropartículas que poderiam injetar com sucesso. Eles agora esperam usar o modelo para desenvolver e testar micropartículas que podem ser usadas para fornecer medicamentos de imunoterapia contra o câncer, entre outras aplicações potenciais.

"Esta é uma estrutura que pode nos ajudar com algumas das tecnologias que desenvolvemos no laboratório e que estamos tentando levar para a clínica, "diz Ana Jaklenec, um cientista pesquisador do Koch Institute for Integrative Cancer Research do MIT.

Jaklenec e Robert Langer, o professor do David H. Koch Institute no MIT, são os autores seniores do estudo, que aparece hoje em Avanços da Ciência . O autor principal do artigo é o estudante de graduação do MIT Morteza Sarmadi.

Modelo de micropartículas

As micropartículas variam em tamanho de 1 a 1, 000 mícrons (milionésimos de metro). Muitos pesquisadores estão trabalhando no uso de micropartículas feitas de polímeros e outros materiais para fornecer medicamentos, e cerca de uma dúzia de tais formulações de drogas foram aprovadas pelo FDA. Contudo, outros falharam devido à dificuldade de injetá-los.

"O principal problema é o entupimento, em algum lugar do sistema, que não permite que a dose completa seja entregue, "Jaklenec diz." Muitas dessas drogas não passam do desenvolvimento devido aos desafios da injetabilidade. "

Esses medicamentos são geralmente injetados por via intravenosa ou sob a pele. Garantir que esses medicamentos cheguem com sucesso aos seus destinos é uma etapa fundamental no processo de desenvolvimento de medicamentos, mas costuma ser feito por último, e pode impedir um tratamento promissor, Sarmadi diz.

"A injetabilidade é um fator importante para o sucesso de uma droga, mas pouca atenção tem sido dada para tentar melhorar as técnicas de administração, "ele diz." Esperamos que nosso trabalho possa melhorar a tradução clínica de novas e avançadas formulações de drogas de liberação controlada.

Langer e Jaklenec têm trabalhado no desenvolvimento de micropartículas ocas que podem ser preenchidas com múltiplas doses de um medicamento ou vacina. Essas partículas podem ser projetadas para liberar suas cargas úteis em momentos diferentes, o que poderia eliminar a necessidade de múltiplas injeções.

Para melhorar a injetabilidade dessas e de outras micropartículas, os pesquisadores analisaram experimentalmente os efeitos da alteração do tamanho e da forma das micropartículas, a viscosidade da solução em que estão suspensos, e o tamanho e formato da seringa e agulha usados ​​para aplicá-los. Eles testaram cubos, esferas, e partículas cilíndricas de diferentes tamanhos, e mediu a injetabilidade de cada um.

Os pesquisadores então usaram esses dados para treinar um tipo de modelo computacional conhecido como rede neural para prever como cada um desses parâmetros afetam a injetabilidade. Os fatores mais importantes acabaram sendo o tamanho das partículas, concentração de partículas na solução, viscosidade da solução, e tamanho da agulha. Os pesquisadores que trabalham com micropartículas de distribuição de drogas podem simplesmente inserir esses parâmetros no modelo e obter uma previsão de quão injetáveis ​​suas partículas serão, economizando o tempo que eles teriam que gastar construindo diferentes versões das partículas e testando-as experimentalmente.

"Em vez de passar pelos experimentos, e indo e voltando, não tendo ideia de quão bem sucedido o sistema será, você pode usar essa rede neural e ela pode orientá-lo, cedo, para ter uma compreensão do sistema, "Sarmadi diz.

Aumento de injetabilidade

Os pesquisadores também usaram seu modelo para explorar como mudar a forma da seringa pode afetar a injetabilidade. Eles vieram com um formato ideal que se assemelha a um bico, com um diâmetro largo que se estreita em direção à ponta. Usando este design de seringa, os pesquisadores testaram a injetabilidade das micropartículas que descreveram em um 2017 Ciência estude, e descobriram que aumentaram a porcentagem de partículas distribuídas de 15% para quase 90%.

"Esta é outra maneira de maximizar as forças que estão agindo sobre as partículas e empurrando as partículas em direção à agulha, "Sarmadi diz." É um resultado promissor que mostra que há muito espaço para melhorias na injetabilidade dos sistemas de micropartículas. "

Os pesquisadores agora estão trabalhando no projeto de sistemas otimizados para a distribuição de medicamentos de imunoterapia contra o câncer, que pode ajudar a estimular uma resposta imunológica que destrói as células tumorais. Eles acreditam que esses tipos de micropartículas também podem ser usados ​​para fornecer uma variedade de vacinas ou medicamentos, incluindo drogas de pequenas moléculas e produtos biológicos, que incluem moléculas grandes, como proteínas.