设备无需针头即可注射多种药物

在不久的将来,在医生办公室开枪可能会减轻痛苦。

麻省理工学院的研究人员设计了一种无需使用皮下注射针头即可通过皮肤输送微小高压药物的设备。可以对该设备进行编程,以将各种剂量的药物输送到各种深度,这是对目前市售的类似喷射系统的改进。

设备无需针头即可注射多种药物
麻省理工学院设计的设备无需针头即可注射药物,提供高速的液体射流,以声音的速度穿透皮肤。图片由MIT BioInstrumentation Lab提供

研究人员说,除其他好处外,该技术还可以帮助减少针刺伤的可能性。疾病控制与预防中心估计,每年在医院工作的医护人员不小心用针刺自己385,000次。无针装置还可以帮助提高患者的依从性,否则这些患者可以避免定期给自己注射诸如胰岛素的药物带来的不适。

麻省理工学院机械工程系研究员,研究团队成员凯瑟琳·霍根(Catherine Hogan)说:“如果您担心针头而不得不经常自我注射,那么合规性就成为一个问题。” “我们认为这种技术……解决了人们可能对针头产生的恐惧症。”

团队 报告该技术的发展 在日记中 医学工程& Physics.

推针

在过去的几十年中,科学家们开发了皮下注射针头的各种替代品。例如,尼古丁贴剂会通过皮肤缓慢释放药物。但是这些贴剂只能释放足够小的药物分子,使其能够穿过皮肤的毛孔,从而限制了可以输送的药物类型。

随着以蛋白质为基础的较大药物的输送量不断增加,研究人员一直在开发能够输送这些药物的新技术,其中包括喷射注射器,它可以产生高速穿透皮肤的药物射流。尽管当今市场上有几种基于喷气机的设备,但Hogan指出,这些商用设备存在缺点。他们使用的机制,特别是在弹簧加载的设计中,基本上是“砰砰或一无所有”,释放出一个线圈,每次将相同数量的药物喷射到相同的深度。

破坏皮肤

现在,由I. Hunter和George N. Hatsopoulos机械工程学教授领导的MIT团队设计了一种喷射系统,该系统可以高度受控地将一系列剂量的药物输送到可变深度。该设计围绕一种称为 洛伦兹力 执行器-一种强大的小型磁铁,被一圈金属线圈围绕,该金属线圈连接到药物安瓿瓶内的活塞上。当施加电流时,它会与磁场相互作用,产生将活塞向前推动的力,从而以非常高的压力和速度(几乎是空气中的声速)将药物通过安瓿的喷嘴喷出-开口宽蚊子的长鼻。

线圈的速度和施加到药物上的速度可以通过施加的电流量来控制;例如,电流的大小可以控制。 MIT小组生成了可调节电流的压力曲线。产生的波形通常由两个不同的阶段组成:初始高压阶段,在该阶段设备以足够高的速度喷射药物以“突破”皮肤并达到所需的深度,然后是低压阶段,在此阶段进行药物输送以较慢的速度流动,很容易被周围的组织吸收。

通过测试,该小组发现各种皮肤类型可能需要不同的波形才能将足够量的药物输送到所需深度。

霍根说:“如果我要破坏婴儿的皮肤来提供疫苗,那么我所需要的压力就不会像我要破坏我的皮肤一样大。” “我们可以定制压力曲线来做到这一点,这就是该设备的优点。”

加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校化学工程学教授萨米尔·米特拉戈特里(Samir Mitragotri)正在研究通过喷射注射等方式输送药物的新方法。没有参与这项研究的Mitragotri认为,该小组的技术是超越目前市场上喷射设计的有前途的一步。

Mitragotri说:“市售的喷射器……提供有限的控制,这限制了它们在某些药物或患者人群中的应用。” “ [这种]设计可很好地控制射流参数,包括速度和剂量……这将增强无针药物装置的适用性。”

该小组还开发了一种设备的版本,该设备用于对通常以粉末形式发现的药物进行透皮递送,方法是对该设备进行编程以使其振动,从而将粉末转变为“流态”形式,从而可以像液体一样通过皮肤进行递送。亨特说,这种粉末运送工具可能有助于解决所谓的“冷链”问题:运送到发展中国家的疫苗如果是液态,则需要冷藏。通常,冷却器坏了,损坏了整批疫苗。亨特说,取而代之的是,可以粉末形式给药的疫苗不需要冷却,从而避免了冷链问题。



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