Используя ультразвуковые волны, инженеры Массачусетского технологического института (Massachusetts institute of technology) нашли способ повысить проницаемость кожи и сделать более эффективной трансдермальную доставку лекарственных средств. По мнению ученых, этот метод может проложить путь к неинвазивной доставке широкого спектра лекарств и безинъекционной вакцинации.

Ультразвуковые волны двух различных частот генерируют крошечные
пузырьки воды на поверхности кожи. Когда пузырьки лопаются,
на коже образуются микротравмы, что улучшает поглощение
лекарственных препаратов. (Рис. Carl Schoellhammer)

«Это метод может использоваться для введения местных препаратов, таких как стероиды – например, кортизола, – системных препаратов и белков, таких как инсулин, антигенов для вакцинации и многих других препаратов», – говорит Карл Шёлльхаммер (Carl Schoellhammer), выпускник MIT, один из ведущих авторов статьи о новой системе, недавно опубликованной в журнале Journal of Controlled Release.

Ультразвук – звуковые волны с частотами выше верхнего предела частот, воспринимаемых человеческим ухом – повышает проницаемость кожи, слегка «изнашивая» ее верхний слой. Этот эффект непродолжителен, а процедура не сопровождается какими-либо болевыми ощущениями.

Ученые установили, что применение двух пучков ультразвуковых волн – одного низко-, а другого высокочастотного – равномерно повышает проницаемость всей обрабатываемой поверхности кожи и позволяет достичь этого быстрее, чем использование одного ультразвукового пучка.

Проходя через жидкость, ультразвуковые волны генерируют крошечные хаотично движущиеся пузырьки. Достигая определенного размера, пузырьки лопаются. Жидкость устремляется в пустое пространство, и образующиеся при этом высокоскоростные микроструи жидкости образуют на поверхности кожи микротравмы. Жидкостью может быть как вода, так и жидкая форма препарата, который нужно доставить в организм.

В последние годы ученые, работающие над повышением эффективности трансдермальной доставки лекарственных средств, сосредоточили свое внимание на низкочастотном ультразвуке, так как высокочастотным волнам не хватает энергии, чтобы заставить пузырьки лопаться. Однако микротравмы, создаваемые низкочастотными системами, неравномерно рассеяны по обрабатываемой поверхности.

Группе из MIT удалось доказать, что сочетание высоких и низких частот позволяет достичь лучших результатов: высокочастотные ультразвуковые волны генерируют дополнительные пузырьки, а низкочастотные заставляют их лопаться. Кроме того, высокочастотные волны предотвращают рассеивание пузырьков, задерживая их в нужной области и способствуя более равномерному нанесению микротравм.

Исследователи протестировали свой подход на коже свиньи и установили, что ее проницаемость значительно повысилась: после предварительной обработки кожи ультразвуком поглощение глюкозы увеличилось в 10, а углевода инулина – в 4 раза.

«Мы считаем, что сможем добиться еще более эффективной доставки путем настройки некоторых других параметров», – говорит Шёлльхаммер.

Такая система может использоваться для доставки любого препарата, который сейчас назначается в капсулах, что позволит увеличить его дозу, а также средств для лечения кожных заболеваниях, таких как акне и псориаз, и усиления активности трансдермальных, например, никотиновых, пластырей.

Кроме того, ультразвуковая трансдермальная доставка лекарственных средств может стать неинвазивным методом лечения больных сахарным диабетом. Она облегчит контроль над уровнем сахара в крови: после ультразвуковой обработки повышенная проницаемость кожи сохраняется до 24 часов, что позволит доставлять инсулин или другие препараты в течение длительного периода времени.

По мнению Шёлльхаммера и его коллег, такие устройства можно использовать и для вакцинации. Как известно, внутрикожные инъекции вызывают иммунный ответ, необходимый для успешной иммунизации, и вакцинация с помощью кожного пластыря может стать безболезненной безинъекционной альтернативой. Важно, что этот метод с особым успехом может использоваться в развивающихся странах, так как подготовка медицинского персонала для такой вакцинации потребует меньших организационных усилий и финансовых затрат.

Исследователи работают и над прототипом портативного ультразвукового устройства, а также планируют еще больше повысить проницаемость кожи. До начала клинических испытаний необходимо провести тесты на животных, чтобы проверить новый метод на безопасность. Управление по контролю над качеством пищевых продуктов и лекарственных препаратов (U.S. Food and Drug Administration) США уже одобрило одночастотную ультразвуковую трансдермальную систему, поэтому исследователи надеются, что и усовершенствованная система успешно пройдет тесты на безопасность.

Работа финансировалась Национальным институтом здравоохранения (National Institutes of Health) США.

Аннотация к статье

Rapid skin permeabilization by the simultaneous application of dual-frequency, high-intensity ultrasound