Biologicky rozložiteľné STAR častice dokázali v experimentoch dostať do kože až 37-krát viac liečiva než bežná aplikácia.
Častice pripomínajúce drobné hviezdice využívajú desiatky mikroskopických výbežkov na vytvorenie dočasných mikropórov v koži, čím uľahčujú prenikanie liečiv tam, kam sa bežný krém dostáva len obmedzene. Zdroj: koláž ChatGPT
Koža je naším najväčším orgánom, no zároveň patrí medzi najlepšie strážené hranice ľudského tela. Jej vonkajšia vrstva, rohová vrstva pokožky (stratum corneum), tvorí mimoriadne účinnú bariéru, ktorá chráni pred baktériami, chemikáliami aj stratou vody.
Tá istá ochrana však komplikuje prácu lekárom aj farmaceutom: veľká časť liečiv sa cez ňu dostáva len veľmi ťažko. Preto dnes mnohé účinné látky končia vo forme tabliet alebo injekcií, hoci by bolo výhodnejšie podať ich priamo cez kožu.
Transdermálne náplasti fungujú už desaťročia, no úspešné sú najmä pri malých molekulách, ako je nikotín či niektoré hormóny. Väčšie molekuly – napríklad bielkoviny, peptidy alebo mnohé moderné biologické liečivá – narážajú na prirodzenú obranu kože. Vývojári sa preto v posledných rokoch čoraz intenzívnejšie obracajú k technológii mikroihiel.
Ako fungujú STAR častice
Klasické mikroihlové náplasti už ukázali, že drobné ihličky kratšie ako milimeter dokážu vytvoriť mikroskopické kanáliky bez výraznej bolesti.
Väčšina mikroihiel meria približne 100 až 900 mikrometrov. Prenikajú najmä cez rohovú vrstvu a hornú časť pokožky, kde sa nachádza menej nervových zakončení než v hlbších vrstvách kože. Ich výroba však býva náročná a nie vždy umožňuje jednoduché podanie väčších dávok liečiv alebo kombináciu viacerých účinných látok. Aj preto vznikajú nové nápady, ktoré opúšťajú tradičný formát náplasti.
Najnovší prístup využíva častice s názvom STAR (Star-shaped Transdermal Abrasion). Na prvý pohľad pripomínajú drobné hviezdice alebo miniatúrnych morských ježkov. Ich povrch pokrývajú desiatky mikroskopických výbežkov, ktoré pri jemnom vtieraní do pokožky vytvoria množstvo drobných priechodov cez rohovú vrstvu. Neprepichujú kožu do takej hĺbky ako klasická injekcia, otvárajú len dočasnú cestu pre liečivá tam, kam ich koža bežne nepustí.
Predchádzajúce STAR častice sa vyrábali z keramiky alebo kovu. Nová štúdia priniesla biologicky rozložiteľné verzie z polyvinylalkoholu (PVA), acetátu celulózy (CA) a kyseliny polymliečnej (PLA). Každý z týchto materiálov sa rozkladá iným mechanizmom – vo vode, pôsobením enzýmov alebo hydrolýzou. To otvára cestu bezpečnejšiemu používaniu aj menšiemu environmentálnemu zaťaženiu.
Častice STAR pripomínajú drobné hviezdice pokryté mikroskopickými hrotmi. Pri jemnom vtieraní vytvárajú v rohovej vrstve kože množstvo dočasných mikropórov, cez ktoré sa liečivo dostáva hlbšie do tkaniva. Zdroj: Georgia Tech
Tridsaťsedemnásobný rozdiel
Vedci technológiu otestovali na troch modelových látkach s odlišnými vlastnosťami. Išlo o takrolimus (používa sa pri atopickom ekzéme), metotrexát (známy z liečby psoriázy či niektorých autoimunitných ochorení) a medený tripeptid-1 (využíva sa v dermatológii a kozmetike). Experimenty prebiehali na prasacej koži, ktorá sa svojou stavbou často používa ako model ľudskej kože.
Výsledky boli výrazné. V závislosti od typu liečiva, materiálu častíc a času aplikácie sa množstvo látky prenikajúcej do kože zvýšilo až 37-násobne v porovnaní s bežným podaním (bez STAR častíc). Výskumníci zároveň potvrdili, že častice dokázali vytvoriť potrebné mikropóry bez hlbokého poškodenia tkaniva.
Zaujímavé je, že autori nehodnotili iba chemické výsledky. Mechanické testy ukázali, že jednotlivé polyméry sa správajú odlišne. Niektoré poskytujú väčšiu pevnosť hrotov, iné sa rýchlejšie rozpúšťajú alebo rozkladajú. Výber materiálu tak prestáva byť len výrobnou otázkou a stáva sa súčasťou návrhu konkrétnej liečby.
Táto filozofia pripomína širší trend v oblasti biomateriálov: namiesto jedného univerzálneho riešenia vznikajú platformy, ktoré možno prispôsobiť konkrétnemu liečivu alebo ochoreniu. V tomto prípade sa mení nielen samotná účinná látka, ale aj materiál, z ktorého je nosič vyrobený.
Vývoj viacerými smermi
Švédski vedci vlani predstavili guľovité mikroihličkové častice (RUMS), ktoré sa po pokožke doslova kotúľajú. Dvadsaťpäť takýchto mikrogúľ vytvorilo v prasacej koži približne 4 500 mikropórov za desať sekúnd a zvýšilo priepustnosť kože až stonásobne. V experimentoch na myšiach dokonca umožnili cez kožu dopraviť molekuly mRNA bez potreby elektroporácie.
Kórejský tím zas vyvinul metódu atramentovej tlače, ktorá dokáže vytvárať viacvrstvové mikroihly z rôznych hydrogélov bez zdĺhavého vákuového plnenia foriem. Výhodou je presnejšie rozmiestnenie viacerých liečiv v jednej náplasti a menšie plytvanie drahými biomateriálmi.
Vyzerá to tak, že budúcnosť mikroihiel nebude patriť jednému typu zariadenia. Vedľa seba sa rozvíjajú náplasti, kotúľajúce sa mikročastice aj odnímateľné viacvrstvové ihličky. Každý z týchto systémov rieši trochu iný problém, či už to je jednoduchšia výroba, alebo cielené uvoľňovanie liečiv.
Mikroihličková náplasť s miniatúrnymi rozpustnými ihličkami, ktoré slúžia na hĺbkové a bezbolestné vpravovanie účinných látok (napríklad kyseliny hyalurónovej) do pokožky. Zdroj: SmallLab / Daejeon Tourism Organization
Kde sa dnes mikroihly používajú:
- vakcíny proti chrípke testované pomocou rozpustných mikroihiel,
- lokálne podávanie lidokaínu pred zákrokmi,
- dermatologická liečba jaziev a pigmentácií,
- kozmetické mikroneedlingové zariadenia podporujúce regeneráciu kože.
Hoci tieto technológie fungujú odlišne než STAR častice, všetky využívajú spoločnú myšlienku – vytvoriť v koži mikroskopické priechody bez klasickej injekcie.
Mohli by nahradiť injekcie?
Väčšina nových systémov sa stále nachádza vo fáze laboratórnych alebo zvieracích experimentov. Cesta ku klinickému používaniu vedie cez rozsiahle skúšky bezpečnosti, účinnosti aj dlhodobého správania materiálov v kontakte s kožou.
Napriek tomu sa už črtajú oblasti, kde by podobné technológie mohli priniesť výraznú výhodu. Dermatológia patrí medzi najperspektívnejšie odbory. Pri liečbe ekzémov, psoriázy či chronických rán by mohla profitovať z vyššej koncentrácie liečiva priamo v koži bez potreby zvyšovať dávku pre celý organizmus.
Záujem rastie aj o kozmetické využitie pri peptidoch alebo regeneračných látkach, ktoré sa cez neporušenú kožu dostávajú len obmedzene.
Najnovší prehľad v časopise Journal of Controlled Release navyše ilustruje, že spojenie mikroihiel s nanočasticami môže priniesť ďalšiu výhodu: lepšiu stabilitu liečiv, kontrolovanejšie uvoľňovanie aj presnejšie zacielenie účinku. Výskumníci však zároveň upozorňujú, že rozhodujúcou prekážkou zostáva masová výroba, štandardizácia a regulačné schvaľovanie.
Zaujímavé je, že inšpirácia tentoraz neprišla z väčšej ihly, ale z menšej. Namiesto snahy preraziť kožu silou sa vývoj uberá cestou tisícok mikroskopických otvorov, ktoré sa po splnení svojej úlohy rýchlo uzatvoria. Ak sa tieto technológie úspešne dostanú z laboratórií do kliník, budúcnosť podávania liekov možno nebude patriť väčším injekciám, ale časticiam, ktoré voľným okom takmer neuvidíme.
Zdroje: Advanced Healthcare Materials (1, 2, 3), Journal of Controlled Release
(KAM)
