Ingenjörer på MIT har tagit fram ett nytt sätt att tillföra vissa läkemedel i högre doser med mindre smärta, genom att injicera dem som en suspension av små kristaller. Väl under huden samlas kristallerna till en ”läkemedelsdepå” som kan hålla i månader eller år, vilket eliminerar behovet av frekventa läkemedelsinjektioner.
Detta tillvägagångssätt kan visa sig användbart för att leverera långtidsverkande preventivmedel eller andra läkemedel som måste ges under längre tidsperioder. Eftersom läkemedlen är dispergerade i en suspension före injektionen kan de administreras genom en smal nål som är lättare för patienterna att tolerera.
”Vi visade att vi kan få en mycket kontrollerad och långvarig leverans, sannolikt under flera månader och till och med år genom en liten nål”, säger Giovanni Traverso, docent i maskinteknik vid MIT, gastroenterolog vid Brigham and Women’s Hospital (BWH), associerad medlem av Broad Institute och studiens huvudförfattare.
Huvudförfattarna till artikeln, som publiceras i Nature Chemical Engineering, är Vivian Feig, tidigare postdoktor vid MIT och BWH och numera biträdande professor i maskinteknik vid Stanford University, Sanghyun Park, doktorand vid MIT, och Pier Rivano, tidigare gästforskare i Traversos laboratorium.
Enklare injektioner
Detta projekt började som en del av ett projekt för att utöka möjligheterna till preventivmedel, särskilt i utvecklingsländer.
”Det övergripande målet är att ge kvinnor tillgång till en mängd olika preventivmedel som är lätta att administrera, kompatibla med användning i utvecklingsländer och har en rad olika tidsramar och verkningstider”, säger Feig.
”I just vårt projekt var vi intresserade av att försöka kombinera fördelarna med långtidsverkande implantat med enkelheten hos självadministrerande injektionsvätskor.”
Det finns injicerbara suspensioner på marknaden i USA och andra länder, men dessa läkemedel sprids i vävnaden efter injektionen och verkar därför bara i cirka tre månader.
Andra injicerbara produkter har utvecklats som kan bilda mer långvariga depåer under huden, men dessa kräver vanligtvis tillsats av utfällningspolymerer som kan utgöra 23 till 98 viktprocent av lösningen, vilket kan göra läkemedlet svårare att injicera.
Teamet från MIT och BWH ville skapa en formulering som kunde injiceras genom en nål med liten diameter och som skulle hålla i minst sex månader och upp till två år. De började arbeta med ett preventivmedel som heter levonorgestrel, en hydrofob molekyl som kan bilda kristaller.
Teamet upptäckte att genom att suspendera dessa kristaller i ett visst organiskt lösningsmedel kunde kristallerna samlas till ett mycket kompakt implantat efter injektion. Eftersom denna depå kunde bildas utan att det behövdes stora mängder polymer kunde läkemedelsformuleringen fortfarande enkelt injiceras genom en smal nål.
Lösningsmedlet, bensylbensoat, är biokompatibelt och har tidigare använts som tillsats till injicerbara läkemedel. Teamet fann att lösningsmedlets dåliga förmåga att blanda sig med biologiska vätskor är det som gör att de fasta läkemedelskristallerna kan sätta ihop sig till en depå under huden efter injektionen.
”Lösningsmedlet är avgörande eftersom det gör att du kan injicera vätskan genom en liten nål, men när kristallerna väl är på plats sätter de sig själva samman till en läkemedelsdepå”, säger Traverso.
Genom att förändra depåns densitet kan forskarna ställa in hur snabbt läkemedelsmolekylerna ska frisättas i kroppen. I den här studien visade forskarna att de kunde ändra densiteten genom att tillsätta små mängder av en polymer som polykaprolakton, en biologiskt nedbrytbar polyester.
”Genom att tillsätta en mycket liten mängd polymerer – mindre än 1,6 viktprocent – kan vi modulera frisättningshastigheten för läkemedlet, förlänga dess varaktighet och samtidigt bibehålla injicerbarheten. Detta visar hur anpassningsbart vårt system är och att det kan konstrueras för att tillgodose ett bredare spektrum av preventivmedelsbehov samt skräddarsydda doseringsregimer för andra terapeutiska tillämpningar”, säger Park.
Stabila läkemedelsdepåer
Forskarna testade sin metod genom att injicera läkemedelslösningen subkutant i råttor och visade att läkemedelsdepåerna kunde förbli stabila och gradvis frisätta läkemedel under tre månader. Efter att tremånadersstudien avslutats fanns cirka 85% av läkemedlet kvar i depåerna, vilket tyder på att de skulle kunna fortsätta att frisätta läkemedlen under en mycket längre tidsperiod.
”Vi räknar med att depåerna kan hålla i mer än ett år, baserat på vår efteranalys av prekliniska data. Uppföljningsstudier pågår för att ytterligare validera deras effekt utöver detta inledande proof-of-concept”, säger Park.
När läkemedelsdepåerna väl har bildats är de tillräckligt kompakta för att kunna avlägsnas kirurgiskt om behandlingen måste avbrytas innan läkemedlet är helt frisatt.
Detta tillvägagångssätt skulle också kunna lämpa sig för att leverera läkemedel för behandling av neuropsykiatriska tillstånd samt HIV och tuberkulos, säger forskarna. De går nu vidare med att utvärdera hur den kan överföras till människor genom att genomföra avancerade prekliniska studier för att utvärdera självmontering i en mer kliniskt relevant hudmiljö.
”Det här är ett mycket enkelt system där det i grunden handlar om ett lösningsmedel, läkemedlet, och sedan kan man lägga till lite bioresorberbar polymer. Nu funderar vi på vilka indikationer vi ska satsa på: Är det preventivmedel? Är det andra? Det här är några av de saker som vi börjar titta närmare på som en del av nästa steg mot överföring till människa”, säger Traverso.
För mer information: Självaggregerande långverkande injicerbara mikrokristaller, Nature Chemical Engineering (2025). DOI: 10.1038/s44286-025-00194-x
Denna artikel återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT:s forskning, innovation och undervisning.
