MITの研究者らは、皮膚に痛みのない超音波を照射して薬剤が通過する経路を作るウェアラブルパッチを開発した。
この手法は、さまざまな皮膚疾患の治療薬の投与を可能にする可能性があり、ホルモン、筋弛緩薬、その他の薬剤の投与にも応用できるという。研究者らはそう述べている。
ほとんどの薬剤は経口または静脈内投与されるが、皮膚は特定の用途において、はるかに的を絞った薬剤投与を可能にする経路となり得る。
皮膚は、必要な部位に薬剤を直接届けられるため、薬剤投与の経路として魅力的である。これは、創傷治癒、痛みの緩和、その他の医療用途や美容用途に役立つ可能性がある。しかし、皮膚の硬い最外層が小分子のほとんどの通過を妨げるため、皮膚を通じて薬剤を投与することは難しい。
皮膚を通じた薬剤投与をより容易にすることを目指し、MITの研究者らは、皮膚に痛みのない超音波を照射して薬剤が通過する微細な経路を作るウェアラブルパッチを開発した。この手法は、さまざまな皮膚疾患の治療薬の投与に適している可能性があり、ホルモン、筋弛緩薬、その他の薬剤の投与にも応用できるという。研究者らはそう述べている。
「このシステムがもたらす使いやすさと高い再現性は、皮膚疾患や皮膚の早期老化に悩む患者や消費者にとって、状況を一変させる代替手段となる」と、MITメディアラボの准教授で、本研究の責任著者であるCanan Dagdeviren氏は述べている。「この方法で薬剤を投与すれば、全身毒性を抑えられる可能性があり、より局所的で、快適かつ制御しやすい投与が可能になる」
MITのリサーチアシスタントであるChia-Chen Yu氏とAastha Shah氏が、論文の筆頭著者である。論文は、Advanced Materialsに掲載された。同誌の「Rising Stars」シリーズの一環であり、独立したキャリアの初期段階にある研究者による優れた研究を紹介するものである。その他のMITの著者には、リサーチアシスタントのColin Marcus氏とポスドクのMd Osman Goni Nayeem氏が含まれる。また、バッファロー大学のNikta Amiri氏、Amit Kumar Bhayadia氏、Amin Karami氏も本論文の著者である。
音波による後押し
研究者らは、薬剤投与の代替手法を模索する取り組みとして、本プロジェクトに着手した。ほとんどの薬剤は経口または静脈内投与されるが、皮膚は特定の用途において、はるかに的を絞った薬剤投与を可能にする経路となり得る。
「皮膚投与の主な利点は、消化管全体を迂回できる点にある。経口投与では、胃の消化器系で失われる分を補うために、はるかに多くの用量を投与しなければならない」とShah氏は述べる。「これは、はるかに的を絞った、焦点を明確にした薬剤投与の方法だ」
超音波の照射は、小分子薬に対する皮膚の透過性を高めることが示されている。しかし、この種の薬剤投与を行うための既存の技術のほとんどは、大型の装置を必要とする。MITのチームは、軽量のウェアラブルパッチを用いて、この種の経皮薬剤投与を実現する方法を考案したいと考えた。これにより、さまざまな用途で使いやすくなる可能性がある。
彼らが設計した装置は、電流を機械エネルギーに変換できる円盤状の圧電トランスデューサーを複数埋め込んだパッチで構成されている。各円盤は、液体溶媒に溶解した薬剤分子を含む高分子製の空洞に埋め込まれている。圧電素子に電流が印加されると、流体中に圧力波が発生し、皮膚に向かって破裂する気泡が生じる。この破裂する気泡は、皮膚の硬い最外層である角質層を貫通できる微細な液体のジェットを生み出す。
「この研究は、振動を用いて薬剤投与を促進する道を開くものだ。異なる種類の波形パターンを生み出す要因は複数ある。この新しいツールセットによって、薬剤投与の力学的側面と生物学的側面の両方が改善され得る」とKarami氏は述べている。
パッチはPDMSという、シリコーン系の高分子で作られており、テープを使わなくても皮膚に密着できる。本研究では、多くの日焼け止めや保湿剤に含まれる成分であるビタミンB群の一種、ナイアシンアミドを投与することで装置の試験を行った。
ブタの皮膚を用いた試験では、超音波パッチでナイアシンアミドを投与した場合、皮膚を透過した薬剤の量が、超音波の補助なしに皮膚を通過できる量の26倍であることが示された。
研究者らはまた、新装置の結果を、皮膚を通じた薬剤投与に時折用いられる手法であるマイクロニードリングと比較した。マイクロニードリングとは、極小の針で皮膚に穴を開ける手法である。研究者らは、同パッチが、マイクロニードルで6時間かけて投与できる量と同じ量のナイアシンアミドを、30分で投与できることを確認した。
局所投与
現行版の装置では、薬剤は皮膚に数ミリメートル浸透できるため、このアプローチは皮膚内で局所的に作用する薬剤に有用である可能性がある。これには、ナイアシンアミドや、シミやその他の色素沈着の治療に用いられるビタミンC、あるいは火傷の治療に用いられる外用薬などが含まれ得る。
浸透深度を高めるための改良を加えれば、この技術は、カフェイン、フェンタニル、リドカインなど、血流に到達させる必要がある薬剤にも応用できる可能性がある。Dagdeviren氏は、この種のパッチがプロゲステロンなどのホルモンの投与にも役立つと考えている。さらに研究者らは現在、がんやその他の疾患を治療する薬剤を投与するため、同様の装置を体内に埋め込む可能性を探っている。
研究者らはまた、ウェアラブルパッチのさらなる最適化に取り組んでおり、近いうちに人間の被験者でこれを試験したいと考えている。また、本研究で行った実験室での実験を、より大きな薬剤分子を用いて繰り返す予定である。
「はるかに大きな薬剤について薬剤浸透プロファイルを明らかにした後、ホルモンやインスリンのような候補薬を、この技術で投与できるかどうかを確認する。これにより、現在毎日自己注射を余儀なくされている人々に、痛みのない代替手段を提供できる」とShah氏は述べる。
本研究は、米国国立科学財団、3M非終身在職教員賞、Sagol Weizmann-MIT Bridge Program、Texas Instruments, Inc.、MITメディアラボ・コンソーシアム、およびK. Lisa Yang Bionics Center大学院フェローシップの支援を受けた。
