Sposób wytwarzania włókniny o regulowanym profilu uwalniania leku

ZESPÓŁ AUTORSKI:

Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach,
Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych PAN

• Dobrzyński Piotr,
• Kasperczyk Janusz,
• Sobota Michał,
• Stojko Jerzy,
• Stojko Mateusz,
• Włodarczyk Jakub

CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?

Wynalazek dotyczy sposobu regulowania szybkości uwalniania leków oraz właściwości mechanicznych (sztywność / elastyczność) biomedycznego materiału składającego się z mikro i nanowłókien. Opisana metoda, w zależności od potrzeb, umożliwia otrzymywanie polimerowych włóknin, zarówno w pełni biodegradowalnych, które mogą zostać bezpiecznie "wchłonięte" przez organizm, jak i ulegających tylko częściowemu rozkładowi w kontakcie z płynami fizjologicznymi, pełniąc funkcję biozgodnego wzmocnienia oraz rusztowania do regeneracji tkanek. Możliwe jest zatem wytworzenie systemu kontrolowanego uwalniania leku, a także chirurgicznego implantu w postaci siatki lub łaty. Wynalazek umożliwia proste dostosowanie materiału do danego przypadku klinicznego (medycyna spersonalizowana), podnosząc tym samym skuteczność terapii oraz komfort pacjenta. Wynalazek może mieć zastosowanie zarówno w farmakoterapii, np. do regulacji szybkości podawania leków przeciwnowotworowych bezpośrednio do guza lub loży pooperacyjnej, jak i w chirurgii, do leczenia przepuklin, lub perforacji np. żołądka. Możliwe jest również jego zastosowanie do konfigurowania szybkości uwalniania leków w systemach transdermalnych lub opatrunkach.

ISTOTA WYNALAZKU

Istota wynalazku polega na wykorzystaniu biozgodnych polimerów, zarówno biodegradowalnych jak i niedegradowalnych, różniących się zwilżalnością przez wodę (hydrofilowością). Przetwarzając ich roztwory metodą dwustrumieniowego elektroprzędzenia, dzięki prowadzeniu procesu w specyficzny sposób, opisany w wynalazku, możliwe jest uzyskanie przeplotu dwóch (lub więcej) frakcji nanowłókien. Do jednej (lub więcej) z nich, zwanej nośnikiem, możliwe jest wprowadzenie leków, zaś pozostałe, które różnią się zwilżalnością, stanowią modyfikatory właściwości, wpływające na szybkość uwalniania substancji leczniczej (na ich transport do tkanek) oraz biodegradacji a także sztywność lub elastyczność włókniny. Możliwe jest zatem wytworzenie układów: biodegradowalny nośnik - biodegradowalny modyfikator lub biodegradowalny nośnik - niedegradowalny modyfikator, co umożliwia ich wykorzystanie jako w pełni biodegradowalne, wchłanialne systemy kontrolowanego uwalniania leków, jak również jako implanty medyczne, mające jednocześnie zdolność do mechanicznego wzmacniania danej tkanki, przy jednoczesnym dostarczaniu do niej substancji o działaniu terapeutycznym. Niezależnie od zastosowania, szybkość z jaką ma być dostarczany lek jest zaprogramowana na etapie wytwarzania, podczas elektroprzędzenia roztworów polimerowych: nośnika wraz z substancją aktywną i modyfikatora. Kluczowym etapem jest określenie szybkości dozowania roztworów, która może być stała lub zmienna w czasie, w zależności od tego, jak szybko ma być uwalniana substancja aktywna. Wynalazek, ze względu na gradientową strukturę przeplatających się ze sobą nanowłókien, umożliwia tworzenie we wnętrzu włókniny mechanicznych barier, które mają za zadanie ograniczać potencjalnie niekorzystny wpływ danego leku, na tkanki nie wymagające leczenia, co ma szczególne znaczenie np. przy podawaniu leków przeciwnowotworowych, lub innych, które mogą działać toksycznie. Niewątpliwą zaletą wynalazku jest brak konieczności opracowywania nowych materiałów polimerowych w celu zmiany szybkości uwalniania danego, w zasadzie dowolnego leku, ponieważ opisany sposób umożliwia dostosowanie jego profilu uwalniania do potrzeb w pewnym racjonalnym zakresie, bez konieczności zmiany właściwości fizycznych i chemicznych nośnika. Wykorzystuje się jedynie zmianę makroskopowej hydrofilowości włókniny, uzyskiwanej za sprawą nanowłókien modyfikatora. Dzięki temu, możliwe jest korzystanie z dobrze poznanych, przebadanych i dopuszczonych przez FDA do kontaktu z tkankami polimerów. Mając bowiem jedynie dwa materiały, różniące się zwilżalnością przez wodę, możliwe jest sterowanie dawkami uwalnianego leku, zapobiegając takim efektom jak zbyt gwałtowne jego uwolnienie lub umożliwiając czasowe wstrzymanie uwalniania, a także przejście z dostarczania jednego leku na inny bez konieczności wszczepiania kolejnego systemu uwalniania. Zalety te niewątpliwie mogą pozytywnie wpłynąć na skuteczność terapii, komfort pacjentów oraz usprawnić pracę lekarzy.

POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU

Ze względu na szczególnie restrykcyjne normy, doprowadzenie do wdrożenia na rynek produktów do zastosowań medycznych jest wieloetapowe i kosztowne. Główną rolę odgrywa bowiem bezpieczeństwo ich stosowania. Opisany wynalazek stanowi sposób wytwarzania tego typu materiałów, który w swoim założeniu ma ułatwiać ich komercjalizację poprzez obniżenie kosztów oraz czasu trwania prac badawczo-rozwojowych, pozwalając na szybszą optymalizację działania leczniczego. Na chwilę obecną gotowość technologiczną i rynkową wynalazku można ocenić na poziomie IV. Z sukcesem zakończony został etap opracowania i testowania prototypu w warunkach laboratoryjnych, w badaniach in vitro. Następnym krokiem powinna być jego ewaluacja w warunkach zbliżonych do rzeczywistych, a więc w badaniach przedklinicznych in vivo. Niemniej jednak, wynalazek można realizować przy użyciu aparatury oraz polimerów, które są dostępne na rynku, także w certyfikowanej formie, co z pewnością ułatwia potencjalną komercjalizację.