Имплантат с лекарственным покрытием
Имплантаты, выделяющие лекарственное средство, охватывают широкий спектр биоактивных имплантатов , которые можно размещать в ткани или рядом с ней для обеспечения контролируемого, устойчивого или по требованию высвобождения лекарственного средства, одновременно преодолевая барьеры, связанные с традиционным пероральным и внутривенным введением лекарств , такие как ограниченная биодоступность , метаболизм, и токсичность. [1] Эти имплантаты можно использовать для лечения заболеваний, связанных с конкретным местом и окружающими, и обычно используют технологии 3D-печати для создания индивидуальных имплантатов для пациентов. [2]
Производство имплантатов с лекарственным покрытием значительно выросло за последнее десятилетие и продолжает оставаться областью исследований из-за их гибкого характера, которые можно использовать для лечения множества заболеваний. [3] Эти имплантаты могут быть загружены различными типами лекарств, такими как антибиотики , противовирусные препараты , химиотерапия , факторы роста и противовоспалительные препараты . [4]
Имплантаты с лекарственным покрытием могут обеспечить универсальный метод доставки лекарств , который можно персонализировать и нацелить на лечение различных заболеваний и преодолеть такие проблемы, как биодоступность, метаболизм и дозировка лекарств, связанные с традиционными системами доставки лекарств. [5]
Приложения
[ редактировать ]Имплантаты с лекарственным покрытием можно использовать при ведении и лечении различных заболеваний. Традиционные методы доставки лекарств имеют потенциальные недостатки, которые привели к разработке различных методов доставки лекарств в большинство систем организма, многие из которых могут повысить эффективность лечения . [1]
Сердечно-сосудистая система
[ редактировать ]Стенты и баллоны с лекарственным покрытием являются распространенным терапевтическим методом лечения сердечно-сосудистых заболеваний, который позволяет открывать и поддерживать артерии при локальной доставке лекарственного средства в область сосуда . [1] [2]
Гинекология
[ редактировать ]Обычные гинекологические имплантаты, выделяющие противозачаточные препараты, можно вводить подкожно или в матку . неинвазивные кольцевые имплантаты с лекарственным покрытием, которые можно вводить во влагалище и высвобождать терапевтические дозы противозачаточных, противовоспалительных и антибиотиков для повышения соблюдения режима контрацепции. В настоящее время разрабатываются [1] [6]
Ортопедия
[ редактировать ]Лечение ортопедических заболеваний оказалось большой областью применения имплантатов с лекарственным покрытием. В настоящее время этот метод доставки лекарств используется для установки костных и суставных имплантатов, которые могут высвобождать лекарства в местах замены суставов для предотвращения инфекций и противовоспалительных реакций. [7]
Другие потенциальные методы лечения с использованием этого метода доставки лекарств в ортопедической медицине включают имплантаты с лекарственным покрытием, которые способствуют регенерации кости в местах имплантации, одновременно уменьшая рост микробов . [8]
онкология
[ редактировать ]Современное лечение онкологических заболеваний включает химиотерапию, лучевую терапию и хирургическое вмешательство. [9] Имплантаты с лекарственным покрытием продемонстрировали потенциал в лечении рака с помощью адъювантной химиотерапии , которая, как было показано, локально подавляет образование опухолей, преодолевая побочные эффекты, связанные с системным химиотерапевтическим лечением, и снижает потребность в хирургической резекции раковых опухолей. [10]
Офтальмология
[ редактировать ]Интравитреальное введение терапевтических доз лекарств обычно осуществляется посредством инъекции или имплантата. [11] Контактные линзы и имплантаты с лекарственным покрытием могут доставлять целевые и расширенные дозы лекарственного средства в сетчатку без необходимости инъекции. [12]
Дерматология
[ редактировать ]Шовный материал, выделяющий лекарственное средство, может обеспечить пролонгированное местное высвобождение анестетика , а также заживление ран. Это потенциально может ограничить потребность в послеоперационных опиоидных анальгетиках , которые могут вызвать зависимость. [13]
Дизайн
[ редактировать ]Имплантаты, выделяющие лекарственное средство, предназначены для имплантации в определенные ткани и местного высвобождения лекарственного средства. Эти имплантаты изготовлены из биосовместимых материалов , которые не вызывают иммунного ответа. [14]
Структура имплантата индивидуализирована и разработана так, чтобы соответствовать форме обрабатываемой ткани. Имплантат содержит резервуар, из которого элюируется лекарственное средство в зависимости от механизма высвобождения. Этот механизм может иметь форму матричного покрытия имплантата или резервуара внутри имплантата. [15] Целью разработки является обеспечение терапевтической дозы для целевой ткани при одновременном снижении негативных побочных эффектов и максимизации эффективности. [15]
Разработка и производство
[ редактировать ]Существует множество методов, используемых при производстве имплантатов, выделяющих лекарственные средства, большинство из которых используют 3D-печати технологию . Методы зависят от таких факторов, как состояние, которое лечат, высвобождение препарата и индивидуальный пациент, которого лечат. [5]
3D Printing
[ редактировать ]3D-печать предполагает создание трехмерного объекта путем наслаивания материала. Существует множество методов 3D-печати, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки, которые следует учитывать при создании индивидуального имплантата. Производство этих имплантатов, выделяющих лекарственные средства, с помощью 3D-печати в настоящее время исследуется с целью определения свойств и эффективности доставки лекарств для улучшения индивидуальных медицинских устройств. [5]
Традиционные технологии биопечати, используемые в области биомедицинской инженерии, включают системы на основе струйной печати , системы на основе экструзии и системы с использованием лазера, которые можно использовать для создания высокоспецифичных и индивидуальных имплантатов для пациентов. [4]
Материалы
[ редактировать ]Наиболее распространенные материалы, используемые для создания имплантатов, выделяющих лекарственные средства, включают универсальные полимеры , керамику и металлы, все с различной кинетикой , которой можно манипулировать для достижения желаемого эффекта доставки лекарств. [5] [16]
Полимеры
[ редактировать ]Полимеры и полимерные сетки являются одними из наиболее широко используемых материалов в имплантатах, выделяющих лекарственные средства. Эти имплантаты классифицируются как разлагаемые и способные расщепляться и метаболизироваться в организме, или неразлагаемые, которые в конечном итоге требуют удаления. [2]
Обычные разлагаемые полимерные материалы, используемые в имплантатах с лекарственным покрытием, включают поли-капролактон (PCL), полимолочную гликолевую кислоту (PLGA) и поли-L-молочную кислоту (PLLA), тогда как неразлагаемые полимерные материалы включают силиконы, обычно используемые в пластике. хирургия, уретаны и акрилаты , и, скорее всего, будут использоваться при лечении хронических состояний, при которых ожидается долгосрочная имплантация. [2]
Полимеры можно использовать для создания монолитных систем доставки лекарственного средства, в которых лекарственное средство высвобождается в полимерной матрице с контролируемой скоростью , резервуарных систем доставки лекарственного средства, содержащих заполненное лекарственным средством ядро, которое высвобождает лекарственное средство в зависимости от окружающего полимера, и гидрогелей , которые могут высвобождение лекарств контролируется различными стимулами, включая ультразвук , температуру и изменения pH . [2] [16] [17]
Керамика
[ редактировать ]В отношении производства биомедицинских имплантатов термин «керамика» может использоваться для обозначения широкого спектра неметаллических веществ, которые могут использоваться в имплантатах, выделяющих лекарственные средства, благодаря их биосовместимым свойствам, таким как устойчивость к коррозии и сдвигу , низкая к электропроводности. способность и высокие температуры плавления . [18] [19]
Керамические имплантаты можно классифицировать как биоинертные и включать в себя такие материалы, как алюминий , цирконий и некоторые производные углерода и кремния, которые не поддаются биологическому разложению. Биоактивные керамические имплантаты представляют собой биоразлагаемые вещества, включающие фосфаты кальция и различные окисленные минералы, имитирующие свойства натуральной кости. Поэтому керамические имплантаты с лекарственным покрытием часто используются при операциях по замене твердых тканей , таких как кость. [18] [19]
Металлы
[ редактировать ]Такие металлы, как титан, обладают высокой биосовместимостью и поэтому широко используются в остеопатической медицине при производстве искусственных суставов . Эти суставы часто покрываются полимерным или керамическим материалом с добавлением лекарств для предотвращения инфекции и отторжения, а также для уменьшения воспалительных реакций, которые распространены среди суставных имплантатов. [20]
Однако металлы подвержены эрозии и инфекции и лишены биологической активности. Когда в качестве имплантата используются металлы, а не постоянный механический фиксатор, могут возникнуть проблемы при контакте с прилегающей костью и высвобождении лекарственного средства в целевые ткани, например, статические напряжения, которые могут привести к потере костной массы в месте имплантации. [4]
Загрузка лекарств
[ редактировать ]Идея имплантата, выделяющего лекарственное средство, состоит в том, чтобы преодолеть многие препятствия, связанные с традиционной медикаментозной терапией, а также снизить потребность в потенциально инвазивных процедурах, включая те, которые связаны с удалением встроенных имплантатов, выделяющих лекарственное средство. [5]
Загрузка лекарственного средства на матрицу может быть либо включена в лекарственное средство во время производства, либо осуществляться после завершения печати имплантата. Лекарственные средства, интегрированные на этапе производства путем смешивания с полимерными материалами, обычно способны выдерживать условия приготовления, которые могут исключить многие чувствительные лекарства из этого механизма. Поэтому загрузка после изготовления считается более простым методом. [5]
Обычно, когда лекарство загружено в систему доставки, не существует неинвазивного способа пополнения запаса, когда уровень лекарства в системе исчерпан. Разработки в области пополнения запасов лекарств продемонстрировали потенциал благодаря химически модифицированным гидрогелям, содержащим лекарства, которые, попав в организм, способны перемещаться в определенное местное хранилище доставки лекарств в качестве неинвазивного средства пополнения запасов. [21]
Преимущества
[ редактировать ]Имплантаты, выделяющие лекарства, направлены на повышение эффективности доставки лекарств путем преодоления проблем, обычно связанных с традиционным системным введением лекарств, таких как метаболизм, токсичность и неспособность поддерживать определенную концентрацию лекарства в кровообращении . Чтобы преодолеть эти проблемы, пациентам обычно назначают более высокие дозы лекарств в контролируемых клинических условиях. [1]
Введение имплантата, выделяющего лекарственное средство, в местную ткань может обеспечить целенаправленное и устойчивое дозирование лекарственного средства и предотвратить системный метаболизм, что является распространенным препятствием, наблюдаемым при пероральном введении лекарств. Это может уменьшить дозировку, что, в свою очередь, может снизить стоимость лечения. Таким образом, более низкие концентрации лекарств, доставляемые через местные склады, могут снизить риск токсичности, а также повысить соблюдение требований и снизить нагрузку на врача/пациента, связанную с контролем соответствующих концентраций лекарств. [15] [18]
Имплантаты с лекарственным покрытием также обеспечивают эффективный механизм обхода гематоэнцефалического барьера , и этот метод доставки лекарств в основном используется при лечении глиальных опухолей . [15]
Ограничения
[ редактировать ]Существуют проблемы, которые могут возникнуть при использовании местного и таргетного метода имплантатов, выделяющих лекарственное средство. [1] Одним из крупнейших препятствий, с которыми сталкивается область имплантатов с лекарственным покрытием, является механизм загрузки и перезагрузки небиоразлагаемых имплантатов лекарственным средством. Разработка лекарств, которые могут перемещаться из системного кровообращения в определенное депо, может оказаться полезным способом преодоления необходимости инвазивного повторного наполнения и повторной имплантации. [15] [21]
Инородные тела, имплантированные в организм, могут вызывать иммунные реакции . Медицински имплантированные устройства, выделяющие лекарственные средства, могут вызывать воспалительную реакцию, а также отторгаться организмом, что может вызвать хроническое воспаление . [22] Противовоспалительные препараты можно назначать одновременно с имплантацией устройства, выделяющего лекарство, чтобы предотвратить хроническое воспаление и системные побочные эффекты со стороны иммунной системы, которые это может вызвать. [4]
Будущее имплантатов с лекарственным покрытием
[ редактировать ]Область применения имплантатов с лекарственным покрытием расширяется и включает в себя методы лечения и ведения различных видов лечения. В будущем существуют возможности для производства «умных» имплантатов с лекарственным покрытием, оснащенных датчиками, которые смогут обеспечить контролируемую по обратной связи доставку лекарств пациентам, страдающим такими отклонениями, как диабет , или пациентам, страдающим судорогами и нуждающимся в профилактическом лечении . [15]
Разработка новых материалов и механизмов имплантатов с лекарственным покрытием потенциально может улучшить безопасность пациентов , комфорт, соблюдение режима лечения и, таким образом, решить глобальные проблемы здравоохранения, такие как хронические заболевания, инфекционные и неинфекционные заболевания, а также контрацепция. [14]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж Квартерман, Джулиана К.; Гири, Шон М.; Салем, Алиасгер К. (февраль 2021 г.). «Эволюция биомедицинских имплантатов с лекарственным покрытием для устойчивой доставки лекарств» . Европейский журнал фармацевтики и биофармацевтики . 159 : 21–35. дои : 10.1016/j.ejpb.2020.12.005 . ПМЦ 7856224 . ПМИД 33338604 .
- ^ Jump up to: а б с д и Рыковская И.; Новак, И.; Новак, Р. (11 октября 2020 г.). «Стенты и баллоны с лекарственным покрытием — материалы, конструкция конструкции и методы нанесения покрытия: обзор» . Молекулы . 25 (20): 4624. doi : 10,3390/molecules25204624 . ISSN 1420-3049 . ПМЦ 7594099 . ПМИД 33050663 .
- ^ Гао, Цзинцзин; Карп, Джеффри М; Лангер, Роберт; Джоши, Нитин (24 января 2023 г.). «Будущее доставки лекарств» . Химия материалов . 35 (2): 359–363. doi : 10.1021/acs.chemmater.2c03003 . ISSN 0897-4756 . ПМЦ 10553157 . ПМИД 37799624 . S2CID 256262291 .
- ^ Jump up to: а б с д Альшимайсави, Садек; Фадель Обейд, Раша; Аль-Газали, Моаед Э.; Алексис Рамирес-полковник Эндрю; Батаи, Масуд Соруш (январь 2023 г.). «Последние достижения в области металлических имплантатов с лекарственным покрытием» . Фармацевтика . 15 (1):223.doi 10.3390 : /pharmaceutics15010223 . ISSN 1999-4923 . ПМЦ 9862589 . ПМИД 36678852 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Домста, Ванесса; Зейдлиц, Анна (январь 2021 г.). «3D-печать имплантатов с лекарственным покрытием: обзор текущих разработок, описанных в литературе» . Молекулы . 26 (13): 4066. doi : 10,3390/molecules26134066 . ISSN 1420-3049 . ПМЦ 8272161 . ПМИД 34279405 .
- ^ Рафии, Фоян; Табеш, Хади; Фарзад, Шаян; Фарзане, Фара; Резаи, Марьям; Хоссейнзаде, Судьба; Моттаги, Хосров (июль 2021 г.). «Разработка гормональных интравагинальных колец: технология и проблемы» . Акушерство и гинекология . 81 (7): 789–806. дои : 10.1055/a-1369-9395 . ISSN 0016-5751 . ПМЦ 8277443 . ПМИД 34276064 .
- ^ Сухарди, виджей; Бичара, Д.А.; Квок, SJJ; Фрайберг, А.А.; Рубаш, Х.; Мальхау, Х.; Юн, С.Х.; Муратоглу, ОК; Орал, Э. (13 июня 2017 г.). «Полнофункциональный суставной имплантат с лекарственным покрытием» . Природная биомедицинская инженерия . 1 (6): 1–11. дои : 10.1038/s41551-017-0080 . ISSN 2157-846X . ПМЦ 5773111 . ПМИД 29354321 .
- ^ Багерифард, Сара (01 февраля 2017 г.). «Опосредование регенерации кости с помощью имплантатов с лекарственным покрытием: от пассивных к разумным стратегиям» . Материаловедение и инженерия: C . 71 : 1241–1252. дои : 10.1016/j.msec.2016.11.011 . ISSN 0928-4931 . ПМИД 27987680 . Архивировано из оригинала 19 апреля 2023 г. Проверено 19 апреля 2023 г.
- ^ Дебела, Дежене Толосса; Музазу, Секе Г.Ю.; Хераро, Kidist Floors; Ндалама, Морин Таямика; Мезеле, Вифлеем Волдемедин; Хайле, Дагимави Чилот; Китуи, София Клэй; Маньязевал, Цегахун (январь 2021 г.). «Новые подходы и процедуры лечения рака: современные перспективы» . SAGE Открытая медицина . 9 : 205031212110343. doi : 10.1177/20503121211034366 . ISSN 2050-3121 . ПМЦ 8366192 . ПМИД 34408877 .
- ^ Экснер, Агата А; Сайдел, Джеральд М. (1 июля 2008 г.). «Полимерные имплантаты с лекарственным покрытием в терапии рака» . Экспертное мнение о доставке лекарств . 5 (7): 775–788. дои : 10.1517/17425247.5.7.775 . ISSN 1742-5247 . ПМИД 18590462 . S2CID 137675666 . Архивировано из оригинала 16 марта 2024 г. Проверено 19 апреля 2023 г.
- ^ Ким, Хён Мин; У, Се Джун (15 января 2021 г.). «Доставка глазных лекарств в сетчатку: текущие инновации и перспективы на будущее» . Фармацевтика . 13 (1): 108. doi : 10.3390/pharmaceutics13010108 . ISSN 1999-4923 . ПМЦ 7830424 . PMID 33467779 .
- ^ Росс, Эми Э.; Бенгани, Локендракумар К.; Талсан, Река; Майдана, Дэниел Э.; Сальвадор-Кулла, Борха; Кобаши, Хиденага; Коловоу, Параскева Е.; Чжай, Хуалей; Тагизаде, Коли; Куанг, Лянджу; Мехта, Маниша; Ваввас, Деметриос Г.; Кохане, Дэниел С.; Чолино, Джозеф Б. (01 октября 2019 г.). «Местная устойчивая доставка лекарств на сетчатку с помощью контактных линз с лекарственным покрытием» . Биоматериалы . 217 : 119285. doi : 10.1016/j.bimaterials.2019.119285 . ISSN 0142-9612 . ПМИД 31299627 . S2CID 196349778 .
- ^ Велдон, Кристофер Б.; Цуй, Джонатан Х.; Шанкараппа, Сахадев А.; Нгуен, Вы Т.; Ма, Минглин; Андерсон, Дэниел Г.; Кохане, Дэниел С. (10 августа 2012 г.). «Электроспинные нити с лекарственным покрытием для местной анестезии» . Журнал контролируемого выпуска . 161 (3): 903–909. дои : 10.1016/j.jconrel.2012.05.021 . hdl : 1721.1/101125 . ISSN 0168-3659 . ПМК 3412890 . ПМИД 22609349 .
- ^ Jump up to: а б Джонсон, Эшли Р.; Форстер, Сет П.; Уайт, Дэвид; Терифе, Грасиела; Ловингер, Майкл; Теллер, Райан С.; Барретт, Стефани Э. (04 мая 2021 г.). «Имплантаты с лекарственным покрытием в фармацевтической разработке и клинической практике» . Экспертное мнение о доставке лекарств . 18 (5): 577–593. дои : 10.1080/17425247.2021.1856072 . ISSN 1742-5247 . ПМИД 33275066 . S2CID 227282368 . Архивировано из оригинала 19 апреля 2023 г. Проверено 19 апреля 2023 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж Файзуллин Алексей; Бакулина, Алеся; Микаелян, Карен; Шехтер, Анатолий; Гуллер, Анна (09 декабря 2021 г.). «Имплантируемые системы доставки лекарств и реакция на инородное тело: изучение современной клинической ситуации» . Биоинженерия . 8 (12): 205. doi : 10.3390/bioengineering8120205 . ISSN 2306-5354 . ПМЦ 8698517 . ПМИД 34940358 .
- ^ Jump up to: а б Ли, Цзяньюй; Муни, Дэвид Дж. (18 октября 2016 г.). «Разработка гидрогелей для контролируемой доставки лекарств» . Материалы обзоров природы . 1 (12): 16071. Бибкод : 2016NatRM...116071L . дои : 10.1038/natrevmats.2016.71 . ISSN 2058-8437 . ПМЦ 5898614 . ПМИД 29657852 .
- ^ Ян, Ван-Ван; Пирсторф, Эрик (февраль 2012 г.). «Резервуарные полимерные системы доставки лекарств» . Технология СЛАС . 17 (1): 50–58. дои : 10.1177/2211068211428189 . ПМИД 22357608 . S2CID 44557959 .
- ^ Jump up to: а б с Диас-Родригес, Патрисия; Санчес, Мириан; Ландин, Мариана (13 декабря 2018 г.). «Биомиметическая керамика с лекарственными средствами для тканевой инженерии» . Фармацевтика . 10 (4): 272. doi : 10.3390/pharmaceutics10040272 . ISSN 1999-4923 . ПМК 6321415 . ПМИД 30551594 .
- ^ Jump up to: а б Нилавар, Сагар; Уддин, Мохаммед; Чаттерджи, Кошик (2021). «Инженерия поверхности биоразлагаемых имплантатов: новые тенденции в области биоактивных керамических покрытий и механической обработки» . Достижения в области материалов . 2 (24): 7820–7841. дои : 10.1039/D1MA00733E . ISSN 2633-5409 . S2CID 242035715 . Архивировано из оригинала 16 марта 2024 г. Проверено 19 апреля 2023 г.
- ^ Сингх, Маниндер; Гилл, Амолджит Сингх; Деол, Парнит Каур; Агравал, Анупам; Сидху, Сарабджит Сингх (28 августа 2022 г.). «Титановые имплантаты с лекарственным покрытием для локализованной доставки лекарств» . Журнал исследования материалов . 37 (16): 2491–2511. Бибкод : 2022JMatR..37.2491S . дои : 10.1557/s43578-022-00609-y . ISSN 0884-2914 . S2CID 249326879 . Архивировано из оригинала 16 марта 2024 г. Проверено 19 апреля 2023 г.
- ^ Jump up to: а б Брудно, Евгений; Сильва, Эдуардо А.; Кирни, Катал Дж.; Левин, Сара А.; Миллер, Алекс; Мартиник, Кэтлин Д.; Айзенберг, Майкл; Муни, Дэвид Дж. (2 сентября 2014 г.). «Пополнение депо доставки лекарств через кровь» . Труды Национальной академии наук . 111 (35): 12722–12727. Бибкод : 2014PNAS..11112722B . дои : 10.1073/pnas.1413027111 . ISSN 0027-8424 . ПМК 4156738 . ПМИД 25139997 .
- ^ Андерсон, Джеймс М.; Родригес, Анализ; Чанг, Дэвид Т. (апрель 2008 г.). «Реакция инородного тела на биоматериалы» . Семинары по иммунологии . 20 (2): 86–100. дои : 10.1016/j.smim.2007.11.004 . ПМК 2327202 . ПМИД 18162407 .