نظام نقل الدواء الذكي يجب أن يوصل الدواء لأعضاء أو خلايا أو أنسجة محددة دون غيرها، ليقوم الدواء بدوره العلاجي في الأماكن المُصابة، ويجب أيضًا ألَّا يكون سريعًا لينتهي مفعول الجرعة بعد أخذها مباشرةً أو بفترةٍ قصيرةٍ، ولكن يجب إمداد الأماكن المُصابة بجرعة ثابتة مع الوقت. ولكن هل فكرت يومًا كيف للدواء الذي تأخذه أن يؤثر على منطقةٍ بعينها دون غيرها؟ وعلى أي أساسٍ يُحدِّد الطبيب الفترة الثابتة بين كل جرعة دواء وأخرى؟
لتحقيق الإمداد الثابت في المكان الصحيح والوقت الصحيح بالجرعة الصحيحة، يستلزم ذلك استخدام كابسولات ذكية تحتوي فقط على الكمية المطلوبة من الدواء ليتم إطلاق الدواء فقط عندما تجد الخلايا المصابة. وأغلب أنظمة الإطلاق المتحكمة بالدواء تكون من خلال حاملاتٍ من البوليمرات الذكية، في الغالب بوليمرات هيدروجيل (Hydrogel polymers) وهي مواد ثلاثية الأبعاد (3D) لها القدرة على استيعاب كميات كبيرة من المياه، من الممكن أن يكون الدواء داخل طبقةٍ من الهيدروجيل، أو ممزوجٍ بها، لينتج أنواعًا مختلفة من أنظمة إطلاق الدواء أو المادة الفعالة من طبقة الهيدروجيل لتقوم بدورها العلاجي
مثل:
١- نظام التحكم بالانتشار- Diffusion controlled system
٢- نظام التحكم بالانتفاخ – Swelling controlled system
٣-نظام التحكم كيميائيًا – Chemically controlled system
٤-نظام الاستجابة للبيئة المحيطة – Environmental responsive system
وسنتحدث بشيءٍ من التفصيل عن النوع الأول والأخير.
أولًا: نظام التحكم بالانتشار -Diffusion controlled system
وهو الأكثر شيوعًا في أنظمة نقل الدواء المبنية على الهيدروجيل، وينقسم لفرعين أساسيين هما نظام الخزان (Reservoir devices) ونظام القالب (matrices devices).
أ) نظام الخزان (Reservoir devices diffusion controlled release system)
وفي ذلك النظام يكون الدواء أو المادة الفعالة قد تم تغليفها بغلافٍ من بوليمر الهيدروجيل، والذي يسمح بالخروج أو الانتشار الثابت للماده الفعالة من داخله.
عند اتصال ذلك النظام بالماء يتم اختراق طبقه الهيدروجيل ودخول الماء ليقوم بدوره بإذابة المادة الفعالة، ليوفر تركيزًا مساويًا لتركيز المحلول المُشبَّع (saturation solubility of the drug Cs)، عند وصول تركيز الدواء لتلك النقطة (Cs)، ينتشر الدواء من داخل طبقة الهيدروجيل للخارج، وعندها يحدث انخفاض لتركيز الدواء داخل الهيدروجيل، ليقوم الماء بإذابة المزيد من الدواء ليصل لنقطة Cs، وهكذا نحصل على إمدادٍ ثابت بتركيزٍ ثابت من الدواء؛ حيث أن الدواء لن يخرج من طبقة البوليمر إلَّا عند نقطة الـ Cs الثابتة، بتحقيق توازنٍ بين خروج الدواء من طبقة الهيدروجيل وإذابة المزيد من الدواء داخل الطبقة كما توضح الصورة:
ب) نظام القالب (matrices devices diffusion controlled release systems)
في ذلك النظام يتم مزج الدواء بالهيدروجيل لتكوين كيانٍ واحد، أو قالب واحد متجانس (homogenous matrix).
عند اتصال ذلك النظام بالماء، ينتشر الماء تدريجيًا من سطح القالب متجهًا للمركز، ليقوم بدوره بإذابة الدواء وإطلاقه، مُعدَّل دخول الماء من سطح القالب إلى المركز يُحدِّد مُعدَّل انتشاء الدواء؛ وهكذا أيضًا نحصل على إمدادٍ ثابت بتركيزٍ ثابت من الدواء، إلى أن يصل الماء إلى مركز القالب حيث يحتاج عندها المريض لأخذ الجرعة التالية.
ثانيًا: نظام الاستجابة للبيئة المحيطة (Environmentally responsive system)
وفي ذلك النظام تتم علمية إطلاق الدواء من خلال الاستجابة لبعض التغيرات الموجودة في البيئة المحيطة للهيدروجيل. ومن الأمثلة على تلك التغيرات: التغير في الـ pH أو التغير في درجة الحرارة، أو حتى المجال المغناطيسي.
– التغير في الـpH أو التغير في تركيز أيون الهيدروجين أو التغيير في الحامضية:
الدم والأعضاء داخل جسدنا تتميز بأن كلٌّ منها لديه pH مختلف عن الآخر، وذلك يقدم فرصةً رائعة لصانعي الدواء على توصيل الماده الفعالة للعضو المصاب فقط دون غيره عن طريق وضع الماده الفعالة مع هيدروجيل ذكي يمكنه الاستجابة لـ pH معين دون غيره، لينقل الدواء للعضو المُراد أو المكان المطلوب.
بوليمر الهيدروجيل المُستخدم في ذلك النوع من نقل الدواء يعتمد على تغيير حجمه مع تغيير الـ pH.
ومثال توضيحي لذلك النوع هو بولي أكريليك أسيد (Poly acrylic acid)، ذلك البوليمر يحتفظ بالدواء بداخله في بيئة الـpH المنخفضة أو الأوساط الحامضية، عند زيادة الـpH لنقطةٍ معينة تتخطى فيها قيمة الـpKa، يحدث تأيين لمجموعات الكاربوكسيل COOH لتتحول لمجموعات الكاربوكسلاتCOO– لتقوم بدورها بالتنافر عن بعضها البعض.
وبذلك يتغير حجم الهيدروجيل بتغيير الـ pH ليتم إطلاق الدواء من داخله في المكان المطلوب.
إعداد: mohamed Jimmy
مُراجعة علمية: Esraa Adel
مراجعة لغوية: Mohamed Sayed Elgohary
تصميم؛mohamed Jimmy
المصادر:
Hydrogel Biomaterials, Biomedical Engineering – Frontiers and Challenges, Prof. Reza Fazel
Fundamentals and Applications of Controlled Release Drug Delivery, Juergen Siepmann, Ronald Siegel, and Michael Rathbone
#الباحثون_المصريون
