การส่งยาเป็นเรื่องของการปรับปรุงประสิทธิภาพและความปลอดภัยของการบำบัดรักษาโดยการให้ยาในปริมาณที่ถูกต้องไปยังสถานที่ที่ถูกต้องด้วยอัตราและเวลาที่ถูกต้อง วิธีการส่งยาได้มีมานานหลายร้อยปีแล้ว แพทย์ชาวอียิปต์ได้คิดค้นยาเม็ดและขี้ผึ้งสำหรับรับประทาน และแพทย์เริ่มใช้การส่งยาทางเส้นเลือดดำหลังจากที่ได้มีการอธิบายระบบไหลเวียนโลหิตเป็นครั้งแรกในปี ค.ศ. 1657 เทคโนโลยีการปล่อยยาแบบควบคุมมีมาตั้งแต่กลางทศวรรษที่ 1600 [1]
ประโยชน์ของการใช้ระบบส่งยา ได้แก่: [1, 2]
• การจัดส่งเป็นระยะเวลานาน
• ความสะดวกสบายของผู้ป่วยมากขึ้น
• การส่งมอบยาที่ยากต่อการกำหนดสูตร เช่น ไบโอโมเลกุลขนาดใหญ่ ยาที่ละลายน้ำได้ไม่ดี หรือยาที่มีหน้าต่างการรักษาที่แคบ
• การส่งยาผ่านสิ่งกีดขวางทางสรีรวิทยา เช่น ผิวหนัง อุปสรรคเลือด-สมอง และอุปสรรคเลือด-จอประสาทตา
• การส่งมอบเฉพาะที่ช่วยลดความเป็นพิษต่อระบบและทำให้ได้รับยาในปริมาณที่น้อยลง
ความท้าทายที่การพัฒนาการส่งมอบยาต้องเผชิญ ได้แก่: [1-3]
• การรวมและการควบคุมตารางการให้ยาที่ซับซ้อนหรือการให้ยาแบบเฉพาะบุคคลเข้าในระบบการจัดส่ง
• รับมือกับการตอบสนองของยาที่แปรผันซึ่งเกิดจากความผันผวนทางชีวภาพเป็นระยะๆ
• การส่งมอบยาหลายขนาน
• รักษาให้ยามีเสถียรภาพในขณะที่เก็บไว้ในระบบนำส่ง
ระบบการส่งยามีตั้งแต่เจลและแผ่นแปะ ไปจนถึงไมโครสเฟียร์และอนุภาคนาโน ไปจนถึงอุปกรณ์ที่ซับซ้อน เช่น ปั๊มภายนอกหรือที่ฝังไว้ และระบบไมโครอิเล็กโตรแมคคานิกส์ (MEMS)
บทนำสู่ระบบไมโครอิเล็กโตรแมคคานิกส์
MEMS เป็นอุปกรณ์ขนาดเล็กที่รวมเอาส่วนประกอบไฟฟ้าและกลไกเข้าด้วยกัน และเป็นไปได้ด้วยความก้าวหน้าด้านไมโครฟลูอิดิกส์และการทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มีขนาดเล็กลง ซึ่งมีตั้งแต่ระบบง่ายๆ ที่ไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนไหวไปจนถึงระบบที่ซับซ้อนมาก MEMS สามารถผลิตขึ้นโดยปราศจากเชื้อโดยใช้สารที่เข้ากันได้ทางชีวภาพ และสามารถปิดผนึกอย่างแน่นหนาได้ ยา MEMSจัดส่งโดยทั่วไปอุปกรณ์จะประกอบด้วยส่วนประกอบสามส่วน ได้แก่ ห้องบรรจุยา กลไกการปล่อยยาและบรรจุภัณฑ์ และอาจมีเซ็นเซอร์ ช่อง ปั๊ม วาล์ว เข็ม เมมเบรน และแหล่งเก็บยาเดี่ยวหรือหลายแหล่งรวมอยู่ด้วย [1-5]
อุปกรณ์ MEMS สามารถฝังหรือสวมใส่ได้ และสามารถใช้รักษาโรคเรื้อรังและโรคเรื้อรังได้ อุปกรณ์เหล่านี้สามารถส่งยาไปยังตำแหน่งเฉพาะได้ และบางชนิดสามารถส่งยาได้มากกว่าหนึ่งชนิด อุปกรณ์ที่มีเซ็นเซอร์ในตัวสามารถปรับอัตราการส่งยาให้เหมาะกับความต้องการของผู้ป่วยได้โดยอาศัยการตรวจจับสัญญาณชีพหรือไบโอมาร์กเกอร์ [1, 5, 6]
MEMS มีขนาดเล็กและน้ำหนักเบา และสามารถผสานเข้ากับวงจรไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ได้อย่างง่ายดาย อุปกรณ์ MEMS อาจมีทั้งแบบมีหรือไม่มีไฟฟ้าก็ได้ ส่วน MEMS ที่มีไฟฟ้าจะใช้พลังงานต่ำ และอาจจ่ายไฟเองได้ อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์ MEMS ก็มีข้อเสียหลายประการ เช่น อาจเปราะบาง และอาจเสียหายได้เนื่องจากมลพิษ ความเหนื่อยล้า แรงเสียดทาน หรือการสึกหรอ [5]
การส่งยาด้วย MEMS แบบไม่ใช้พลังงาน
อุปกรณ์ MEMS ที่ไม่ใช้พลังงานอาจมีขนาดเล็กกว่าอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานเนื่องจากไม่ต้องใช้แหล่งจ่ายไฟ อัตราการส่งมอบสามารถปรับเปลี่ยนได้โดยการใช้สารหรือสูตรยาที่แตกต่างกัน และโดยคุณสมบัติด้านสิ่งแวดล้อมที่จุดส่งมอบ อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์เหล่านี้อาจมีอัตราการปลดปล่อยต่ำและตอบสนองต่อสิ่งกระตุ้นภายนอกได้ช้าเท่านั้น โดยทั่วไปแล้ว อัตราการส่งมอบไม่สามารถเปลี่ยนแปลงหรือหยุดได้หลังจากการบริหาร วิธีการที่ไม่ใช้พลังงานได้แก่ อุปกรณ์การแพร่กระจายแบบพาสซีฟ แรงดันออสโมซิส ไฮโดรเจล และไมโครนีดเดิล [1]
การส่งยาด้วย MEMS ที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงาน
อุปกรณ์ MEMS ที่ใช้พลังงานมีความซับซ้อนมากกว่าและมักจะมีขนาดใหญ่กว่าอุปกรณ์ที่ไม่ใช้พลังงาน แต่มีอัตราการปลดปล่อยที่สูงกว่า ตอบสนองได้เร็วกว่า และสามารถควบคุมจากภายนอกได้ ไมโครปั๊มอาจเป็นแบบแม่เหล็กไฟฟ้า เพียโซอิเล็กทริก ไฟฟ้าสถิต เทอร์โมนิวเมติกส์ ไบเมทัลลิก ไฟฟ้าเคมี หรือใช้โลหะผสมที่จำรูปร่าง/ความร้อน เป็นต้น [1]
อุปกรณ์ส่งยาแบบใช้พลังงานช่วยให้แพทย์สามารถกำหนดการส่งยาได้อย่างแม่นยำผ่านการตรวจสอบแบบเรียลไทม์และเซ็นเซอร์ทางกายภาพ ตัวอย่างเช่น ตับอ่อนภายนอกที่รวมปั๊มอินซูลินเข้ากับการตรวจสอบระดับกลูโคสอย่างต่อเนื่องสามารถตั้งโปรแกรมและตรวจสอบภายนอกได้ผ่านสมาร์ทโฟนหรือแท็บเล็ต [1]
การประยุกต์ใช้ MEMS: การส่งยาไปที่สมอง
การพัฒนาวิธีการรักษาที่มีประสิทธิภาพสำหรับความผิดปกติของระบบประสาทส่วนกลาง รวมถึงความผิดปกติของระบบประสาทเสื่อม โรคหลอดเลือดสมอง และมะเร็งสมอง จะต้องอาศัยการส่งยาไปที่สมอง อย่างไรก็ตาม สมองได้รับการปกป้องอย่างมีประสิทธิภาพด้วยเกราะป้องกันเลือด-สมอง เกราะป้องกันเลือด-น้ำไขสันหลัง และเกราะป้องกันแมงมุม และการข้ามเกราะป้องกันเหล่านี้ถือเป็นความท้าทาย ระบบ MEMS ที่มีขนาดเล็กพอที่จะฝังเข้าไปได้ สามารถควบคุมจากภายนอกได้อย่างแม่นยำ และสามารถส่งยาได้หนึ่งชนิดหรือมากกว่านั้น ถือเป็นวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้ [7, 8]
วิธีการที่มีศักยภาพสำหรับการส่งยา MEMS ไปยังสมอง ได้แก่ การใช้หัววัดอิเล็กโทรไลต์ควบคุมแบบไร้สาย ซึ่งสามารถส่งยาไปยังบริเวณลึกในสมอง การส่งยาเคมีบำบัดเข้าเนื้องอกใน glioblastoma หรือการส่งยาเข้าช่องกะโหลกศีรษะไปยังเนื้องอกในสมองโดยใช้เครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพแบบอ่อน โดยการส่งยาจะถูกกระตุ้นแบบไร้สาย จากนั้น MEMS จะย่อยสลายทางชีวภาพหลังจากช่วงระยะเวลาที่กำหนด [9-11]
การประยุกต์ใช้ MEMS: การส่งยาผ่านผิวหนัง
การส่งยาผ่านผิวหนังเป็นเส้นทางที่ไม่รุกรานและสะดวกสำหรับผู้ป่วยและผู้ดูแล ชั้นหนังกำพร้าเป็นแนวป้องกันด่านแรกของร่างกายซึ่งทำหน้าที่กักเก็บน้ำและปกป้องร่างกายจากเชื้อโรค ซึ่งทำให้การทายาผ่านผิวหนังเป็นวิธีการที่ไม่รุกรานและสะดวกสำหรับผู้ป่วยและผู้ดูแลจัดส่งท้าทาย แผ่นแปะผิวหนังที่มีวัสดุแทรกซึมทางเคมีอาจทำให้เกิดอาการแพ้ผิวหนัง การอักเสบและการระคายเคือง และส่งผลต่อการปฏิบัติตามการใช้ยา [12]
อาร์เรย์ที่ประกอบด้วยไมโครนีดเดิลหลายร้อยชิ้นสามารถทะลุชั้นหนังกำพร้าและส่งยาผ่านผิวหนังและเข้าชั้นผิวหนังได้อย่างไม่เจ็บปวด ซึ่งรวมถึงโมเลกุลขนาดเล็ก โปรตีน เปปไทด์ ฮอร์โมน วัสดุทางพันธุกรรม และวัคซีน วิธีการต่างๆ ได้แก่: [1, 3, 13]
• ไมโครนีดเดิลแบบแข็งที่ทำจากซิลิกอน โลหะ แก้ว เซรามิก หรือโพลีเมอร์ สามารถใช้เจาะชั้นหนังกำพร้าเพื่อปรับปรุงการดูดซึมผ่านผิวหนังผ่านแผ่นแปะ
ไมโครนีดเดิลเคลือบยาช่วยให้ยาละลายเข้าสู่ผิวหนังได้
• ไมโครนีดเดิลที่ทำจากคาร์โบไฮเดรตหรือโพลีเมอร์จะผสมยาเข้าไปและจะสลายตัวเมื่อสอดเข้าไป ทำให้ยาสามารถซึมผ่านผิวหนังได้
• ไมโครนีดเดิลแบบกลวงที่ทำจากซิลิโคน โลหะ หรือแก้ว ทำหน้าที่เป็นท่อนำส่งยาจากแหล่งกักเก็บ
• ไมโครนีดเดิลไฮโดรเจลเจาะผิวหนังและบวม ทำให้ยาถูกปล่อยออกมา
การประยุกต์ใช้ MEMS: การส่งยาไปที่ดวงตา
เช่นเดียวกับสมอง ดวงตาได้รับการปกป้องด้วยสิ่งกีดขวางทางชีวภาพ และการส่งมอบยาเป็นเรื่องท้าทาย อุปกรณ์ ex vivo ที่ทำงานโดยใช้สนามแม่เหล็กภายนอกอาจส่งยาไปที่สเกลอร่า โครอยด์ และเรตินาได้ [14] ไมโครนีดเดิลยังมีศักยภาพในการส่งยาไปที่ดวงตา แนวทางที่ศึกษา ได้แก่ แผ่นปิดแบบคอนแทคเลนส์ที่มีเข็มละลายที่บรรจุยา เข็มแช่แข็งปฏิชีวนะสำหรับการติดเชื้อแบคทีเรีย และไมโครนีดเดิลบรรจุอนุภาคขนาดนาโนเพื่อส่งยาไปที่ด้านหลังของดวงตา ซึ่งอำนวยความสะดวกด้วยการใช้ไอออนโตโฟรีซิส [13]
อ้างอิง
1. Cobo, A., R. Sheybani และ E. Meng, MEMS: ระบบส่งยาที่เปิดใช้งาน Adv Healthc Mater, 2558. 4(7): หน้า 969-82
2. Mendoza, LAV และคณะ, ความก้าวหน้าล่าสุดในอุปกรณ์ไมโครอิเล็กโทรเมคานิกส์สำหรับการใช้งานการปล่อยยาแบบควบคุม Front Bioeng Biotechnol, 2020. 8: หน้า 827
3. Lee, HJ และคณะ อุปกรณ์ MEMS สำหรับการส่งยา Adv Drug Deliv Rev, 2018. 128: หน้า 132-147
4. Pandey, Y. และ SP Singh ความก้าวหน้าล่าสุดใน Bio-MEMS และความเป็นไปได้ในอนาคต: ภาพรวม วารสารของสถาบันวิศวกร (อินเดีย): ซีรีส์ B, 2023. 104: หน้า 1377-1388
5. Chircov, C. และ AM Grumezescu, ระบบไมโครอิเล็กโตรแมคคานิกส์ (MEMS) สำหรับการใช้งานทางชีวการแพทย์ ไมโครแมชชีน (บาเซิล) 2022. 13(2)
6. Mishra, A., Emerging Market Trends For Drug Delivery Devices. Drug Delivery Leader, 5 ตุลาคม 2023. เข้าถึงได้จาก: https://www.drugdeliveryleader.com/doc/emerging-market-trends-for-drug-delivery-devices-0001.
7. Tian, M., Z. Ma และ GZ Yang ระบบไมโคร/นาโนสำหรับการส่งยาที่ควบคุมได้ไปยังสมอง นวัตกรรม (Camb), 2024. 5(1): หน้า 100548
8. Villarruel Mendoza, LA และคณะ ความก้าวหน้าล่าสุดในอุปกรณ์ไมโครอิเล็กโทรเมคานิกส์สำหรับการใช้งานควบคุมการปล่อยยา Front Bioeng Biotechnol, 2020. 8: หน้า 827
9. Yoon, Y. และคณะ ระบบโพรบประสาทสำหรับเภสัชวิทยาประสาทพฤติกรรมโดยการส่งยาแบบไร้สายสองทิศทางและไฟฟ้าเคมีในหนูที่มีปฏิสัมพันธ์ทางสังคม Nat Commun, 2022. 13(1): หน้า 5521
10. Saxena, V., DNAtrix ลงนามข้อตกลงในการใช้แพลตฟอร์ม MEMS ของ Alcyone เพื่อส่งยาโดยตรงเข้าไปใน glioblastoma Fierce Pharma, 26 พฤษภาคม 2015. เข้าถึงได้จาก: https://www.fiercepharma.com/drug-delivery/dnatrix-signs-agreement-to-utilize-alcyone-s-mems-platform-for-direct-drug-delivery
11. Cicha, I. และคณะ, ระบบส่งยาที่ผสานกับเซ็นเซอร์ชีวภาพเป็นวัสดุใหม่สำหรับการประยุกต์ใช้ทางการแพทย์ Biomolecules, 2022. 12(9).
12. Murphrey, MB, JH Miao และ PM Zito, เนื้อเยื่อวิทยา Stratum Corneum ใน StatPearls 2024: Treasure Island (FL)
13. Umeyor, CE และคณะ, Biomimetic microneedles: exploring the recent advances on a microfabricated system for precision delivery of drugs, peptides, and proteins. วารสาร Future Journal of Pharmaceutical Sciences, 2023. 9: หน้า 103
14. Pirmoradi, FN และคณะ การส่งยาต้านการสร้างเส้นเลือดใหม่แบบควบคุมไปยังเนื้อเยื่อตาของมนุษย์โดยใช้เครื่องมือ Mems ระบบ Micro Electro Mech Syst MEMS ในงาน IEEE 26th Int Conf 2013 (2013), 2013. 2013.