Penghantaran obat adalah tentang peningkatan kemanjuran dan keamanan terapi dengan memberikan dosis obat yang tepat ke tempat yang tepat pada kecepatan dan waktu yang tepat. Pendekatan terhadap penghantaran obat telah ada selama ratusan tahun; dokter Mesir menciptakan tablet dan salep oral, dan dokter mulai menggunakan penghantaran intravena setelah sistem peredaran darah pertama kali dijelaskan pada tahun 1657. Teknologi pelepasan terkendali sudah ada sejak pertengahan tahun 1970-an. [1]
Manfaat penggunaan sistem pengiriman obat meliputi: [1, 2]
• pengiriman dalam jangka waktu lama
• kenyamanan pasien yang lebih besar
• pengiriman obat-obatan yang sulit diformulasikan, seperti biomolekul besar, obat-obatan yang sulit larut dalam air, atau obat-obatan dengan jendela terapi yang sempit
• mengantarkan obat melewati penghalang fisiologis, misalnya kulit, penghalang darah-otak, dan penghalang darah-retina
• pengiriman lokal mengurangi toksisitas sistemik dan memungkinkan dosis obat yang lebih rendah.
Tantangan yang dihadapi dalam pengembangan pengiriman obat meliputi: [1-3]
• menggabungkan dan mengendalikan jadwal pemberian dosis yang kompleks atau pemberian dosis yang dipersonalisasi ke dalam suatu sistem pengiriman
• menangani respons obat yang bervariasi yang dipicu oleh fluktuasi biologis berkala
• memberikan berbagai macam obat
• menjaga obat tetap stabil saat disimpan dalam sistem pengiriman.
Sistem pengiriman obat berkisar dari gel dan patch, melalui mikrosfer dan nanopartikel, hingga perangkat kompleks seperti pompa eksternal atau implan dan sistem mikroelektromekanis (MEMS).
Pengenalan sistem mikroelektromekanis
MEMS adalah perangkat kecil dan terpadu yang menggabungkan komponen listrik dan mekanik, dan telah dimungkinkan oleh kemajuan dalam miniaturisasi mikrofluida dan elektronik. Perangkat ini berkisar dari sistem sederhana tanpa bagian yang bergerak hingga sistem yang sangat kompleks. MEMS dapat diproduksi secara aseptik menggunakan bahan biokompatibel, dan dapat disegel secara kedap udara. Obat MEMSpengirimanPerangkat ini secara umum terdiri dari tiga komponen: ruang obat, mekanisme pelepasan obat dan pengemasan, dan dapat menggabungkan sensor, saluran, pompa, katup, jarum, membran dan satu atau beberapa reservoir obat. [1-5]
Perangkat MEMS dapat ditanamkan atau dikenakan, dan memiliki aplikasi pada penyakit kronis dan jangka panjang. Perangkat ini dapat menyalurkan obat ke lokasi tertentu, dan beberapa dapat menyalurkan lebih dari satu obat. Perangkat dengan sensor terintegrasi dapat menyesuaikan laju penyaluran sesuai kebutuhan pasien berdasarkan deteksi tanda vital atau biomarker. [1, 5, 6]
MEMS berukuran kecil dan ringan serta dapat dengan mudah diintegrasikan dengan sirkuit listrik dan elektronik. Perangkat MEMS dapat dialiri daya atau tidak. MEMS yang dialiri daya memiliki konsumsi daya yang rendah, dan dapat dialiri daya sendiri. Namun, perangkat MEMS memiliki sejumlah kelemahan. Perangkat ini dapat rapuh, dan dapat rusak akibat kontaminasi, kelelahan, gesekan, atau keausan. [5]
Pengiriman obat MEMS tanpa tenaga
Perangkat MEMS tanpa daya dapat lebih kecil daripada perangkat bertenaga karena tidak memerlukan pasokan daya. Laju penghantaran perangkat ini dapat dimodifikasi dengan penggunaan bahan atau formulasi obat yang berbeda, dan oleh sifat lingkungan di lokasi penghantaran. Namun, perangkat ini mungkin memiliki laju pelepasan yang rendah, dan hanya merespons rangsangan eksternal secara lambat. Laju penghantaran umumnya tidak dapat diubah atau dihentikan setelah pemberian. Pendekatan tanpa daya meliputi perangkat difusi pasif, tekanan osmotik, hidrogel, dan jarum mikro. [1]
Pengiriman obat bertenaga MEMS
Perangkat MEMS bertenaga lebih kompleks dan sering kali lebih besar daripada perangkat tanpa tenaga, tetapi memiliki laju pelepasan yang lebih tinggi, respons yang lebih cepat, dan dapat dikontrol secara eksternal. Mikropompa dapat berupa elektromagnetik, piezoelektrik, elektrostatik, termopneumatik, bimetalik, elektrokimia, atau menggunakan paduan memori termal/bentuk, di antara pendekatan lainnya. [1]
Perangkat pengiriman obat bertenaga listrik memungkinkan dokter untuk menyesuaikan pengiriman obat secara tepat melalui pemantauan waktu nyata dan sensor fisik. Sebagai contoh, pankreas eksternal yang menggabungkan pompa insulin dengan pemantauan glukosa berkelanjutan dapat diprogram dan dipantau secara eksternal melalui telepon pintar atau tablet. [1]
Aplikasi MEMS: Pengiriman obat ke otak
Pengembangan pengobatan yang efektif untuk gangguan sistem saraf pusat, termasuk gangguan neurodegeneratif, stroke, dan kanker otak, bergantung pada pemberian obat ke otak. Akan tetapi, otak dilindungi secara efektif oleh sawar darah-otak, sawar darah-cairan serebrospinal, dan sawar araknoid, dan melewatinya merupakan suatu tantangan. Sistem MEMS yang cukup kecil untuk ditanamkan, dapat dikontrol secara eksternal dengan presisi tinggi, dan dapat memberikan satu atau lebih obat menawarkan solusi yang potensial. [7, 8]
Pendekatan potensial untuk pengiriman obat MEMS ke otak meliputi probe elektrolit yang dikontrol secara nirkabel yang dapat mengirimkan obat ke wilayah dalam otak, pengiriman intratumoral obat kemoterapi pada glioblastoma, atau pengiriman obat intrakranial ke tumor otak menggunakan perangkat elektronik lunak yang dapat terurai secara hayati di mana pengiriman obat dipicu secara nirkabel dan kemudian MEMS terurai secara hayati setelah jangka waktu tertentu. [9-11]
Aplikasi MEMS: Pengiriman obat melalui kulit
Memberikan obat melalui kulit adalah rute non-invasif, dan nyaman bagi pasien dan pengasuh. Stratum korneum adalah garis pertahanan pertama tubuh, menahan air dan melindungi tubuh dari patogen. Hal ini membuat transdermalpengirimanPatch transdermal yang mengandung bahan kimia yang dapat menembus dapat menyebabkan alergi kulit, peradangan dan iritasi, dan hal ini mempengaruhi kepatuhan terhadap pengobatan. [12]
Rangkaian yang terdiri dari ratusan jarum mikro dapat menembus stratum korneum dan menyalurkan obat secara transdermal dan intradermal tanpa rasa sakit, termasuk molekul kecil, protein, peptida, hormon, materi genetik, dan vaksin. Pendekatan yang digunakan meliputi: [1, 3, 13]
• Jarum mikro padat yang terbuat dari silikon, logam, kaca, keramik atau polimer dapat digunakan untuk menusuk stratum korneum guna meningkatkan penyerapan transdermal melalui koyo.
Jarum mikro padat berlapis obat memungkinkan obat larut dalam kulit.
• Jarum mikro berbahan dasar karbohidrat atau polimer menggabungkan obat dan hancur setelah dimasukkan, sehingga obat dapat meresap ke dalam kulit.
• Jarum mikro berongga, terbuat dari silikon, logam atau kaca, berfungsi sebagai saluran, yang menyalurkan obat dari reservoir.
• Jarum mikro hidrogel menusuk kulit dan membengkak, melepaskan obat.
Aplikasi MEMS: Pengiriman obat ke mata
Seperti otak, mata dilindungi oleh penghalang biologis dan pengirimannya menantang. Perangkat ex vivo yang dioperasikan menggunakan medan magnet yang diterapkan secara eksternal berpotensi mengirimkan obat ke sklera, koroid, dan retina. [14] Mikrojarum juga berpotensi untuk mengirimkan obat ke mata. Pendekatan yang dipelajari meliputi plester dalam bentuk lensa kontak dengan jarum yang dapat larut yang membawa obat, krionde antibiotik untuk infeksi bakteri, dan mikrojarum yang diisi nanopartikel untuk memberikan obat ke bagian belakang mata, difasilitasi menggunakan iontophoresis. [13]
Referensi
1. Cobo, A., R. Sheybani, dan E. Meng, MEMS: Sistem Pengiriman Obat yang Diaktifkan. Adv Healthc Mater, 2015. 4(7): p. 969-82.
2. Mendoza, LAV, dkk., Kemajuan Terbaru dalam Perangkat Mikro-Elektro-Mekanik untuk Aplikasi Pelepasan Obat Terkendali. Front Bioeng Biotechnol, 2020. 8: hlm. 827.
3. Lee, HJ, dkk., Perangkat MEMS untuk pengiriman obat. Adv Drug Deliv Rev, 2018. 128: hlm. 132-147.
4. Pandey, Y. dan SP Singh, Kemajuan Terbaru dalam Bio-MEMS dan Kemungkinan di Masa Depan: Tinjauan Umum. Jurnal The Institution of Engineers (India): Seri B, 2023. 104: hlm. 1377-1388.
5. Chircov, C. dan AM Grumezescu, Sistem Mikroelektromekanis (MEMS) untuk Aplikasi Biomedis. Micromachines (Basel), 2022. 13(2).
6. Mishra, A., Tren Pasar Baru untuk Alat Penghantaran Obat. Drug Delivery Leader, 5 Oktober 2023. Tersedia dari: https://www.drugdeliveryleader.com/doc/emerging-market-trends-for-drug-delivery-devices-0001.
7. Tian, M., Z. Ma, dan GZ Yang, Mikro/nanosistem untuk pengiriman obat yang terkendali ke otak. Inovasi (Camb), 2024. 5(1): hal. 100548.
8. Villarruel Mendoza, LA, dkk., Kemajuan Terbaru dalam Perangkat Mikro-Elektro-Mekanik untuk Aplikasi Pelepasan Obat Terkendali. Front Bioeng Biotechnol, 2020. 8: hlm. 827.
9. Yoon, Y., dkk., Sistem pemeriksaan saraf untuk neurofarmakologi perilaku melalui pemberian obat nirkabel dua arah dan elektrofisiologi pada tikus yang berinteraksi secara sosial. Nat Commun, 2022. 13(1): hal. 5521.
10. Saxena, V., DNAtrix menandatangani perjanjian untuk menggunakan platform MEMS Alcyone untuk pengiriman obat langsung ke glioblastoma. Fierce Pharma, 26 Mei 2015. Tersedia dari: https://www.fiercepharma.com/drug-delivery/dnatrix-signs-agreement-to-utilize-alcyone-s-mems-platform-for-direct-drug-delivery.
11. Cicha, I., dkk., Sistem Pengiriman Obat Terintegrasi Biosensor sebagai Material Baru untuk Aplikasi Biomedis. Biomolekul, 2022. 12(9).
12. Murphrey, MB, JH Miao, dan PM Zito, Histologi, Stratum Corneum, di StatPearls. 2024: Treasure Island (FL).
13. Umeyor, CE, dkk., Biomimetic microneedles: mengeksplorasi kemajuan terkini pada sistem mikrofabrikasi untuk pengiriman obat, peptida, dan protein secara presisi. Future Journal of Pharmaceutical Sciences, 2023. 9: hlm. 103.
14. Pirmoradi, FN, dkk., Pengiriman Obat Antiangiogenik Terkendali ke Jaringan Mata Manusia Menggunakan Perangkat Mems. 2013 IEEE 26th Int Conf Micro Electro Mech Syst MEMS 2013 (2013), 2013. 2013.