Il cerotto ad ultrasuoni per somministrare farmaci

I ricercatori del MIT hanno progettato un cerotto indossabile in grado di somministrare farmaci senza l’utlizzo di aghi. Il cerotto indossabile sfrutta le onde ultrasoniche indolore che spingono il farmaco nella pelle facilitandone la somministrazione.

Il cerotto potrebbe essere utilizzato per il trattamento di diverse patologie cutanee, come macchie o dermatiti, ma anche per somministrare farmaci e ormoni che devono entrare nel circolo sanguigno.

Ecco di cosa si tratta.

La pelle come barriera di difesa

La pelle è un involucro protettivo che mette in relazione il nostro corpo con l’esterno, ma allo stesso tempo svolge un ruolo difensivo dagli agenti esterni. Per questo l’epidermide, strato più superficiale della pelle, è detto barriera epidermica.

Alterazioni dell’epidermide generano situazioni di pericolo per le nostre difese, per cui si attivano meccanismi di protezione della pelle. Grazie a questi meccanismi di difesa da parte dell’epidermide, è possibile mantenere l’omeostasi del corpo umano.

La somministrazione dei farmaci attraverso la pelle consente ai farmaci di raggiungere direttamente il sito bersaglio entrando direttamente nel circolo sanguigno. Ciò consente di evitare interferenze da parte dello stomaco o dell’intestino limitando danni alla parete gastrica. Tuttavia, il rilascio di farmaci attraverso la pelle è difficile perché la barriera epidermica impedisce alla maggior parte delle molecole di attraversarla.

La maggior parte dei farmaci viene somministrata per via orale o endovenosa tramite aghi. Negli anni si è parlato tanto di iniezioni senza aghi nella speranza di contrastare i danni tissutali e la trasmissione di malattie provocati dall’uso di aghi, ma soprattutto di dire addio alla blenofobia di cui sono affetti molti pazienti e al dolore provocato.

Vantaggi del cerotto indossabile

I ricercatori del MIT hanno sviluppato un cerotto indossabile che eroga ultrasuoni sulla pelle creando piccoli canali attraverso i quali i farmaci possono passare. Questo approccio renderebbe più facile la somministrazione di farmaci ed potrebbe essere utile non solo per la somministrazione di ormoni, miorilassanti e farmaci, ma anche per il trattamento di patologie dell’epidermide.

“La facilità d’uso e l’elevata ripetibilità offerte da questo sistema offrono un’alternativa rivoluzionaria ai pazienti e ai consumatori che soffrono di malattie della pelle e invecchiamento precoce della pelle” – afferma Canan Dagdeviren, autore dello studio e professore presso il Media Lab del MIT. Inoltre questo approccio permetterebbe una somministrazione di farmaci più locale e controllabile riducendo la tossicità sistemica su organi non bersaglio.

La pelle, a differenza della somministrazione orale, è una via molto più mirata per determinate applicazioni. Il vantaggio principale è che la pelle bypassa l’intero tratto gastrointestinale evitando di somministrare una dose molto maggiore di farmaco a causa della perdita che si avrebbe nel sistema gastrico.

In studi precedenti è stato dimostrato che l’esposizione agli ultrasuoni migliora la permeabilità della pelle ai farmaci a piccole molecole. Ma la maggior parte delle tecniche esistenti per eseguire questo tipo di somministrazione di farmaci richiede attrezzature ingombranti.

Funzionamento e struttura del cerotto ad ultrasuoni

Il team del MIT ha studiato un nuovo tipo di somministrazione transdermica di farmaci con un cerotto leggero e indossabile da usare per una varietà di applicazioni.

Il dispositivo progettato è costituito da una patch che incorpora diversi trasduttori piezoelettrici a forma di disco. I dischi sono in grado di convertire le correnti elettriche in energia meccanica e contengono le molecole del farmaco disciolte in una soluzione liquida. Appena è applicata la corrente elettrica agli elementi piezoelettrici, questi dischi generano onde di pressione nel fluido, creando bolle. Le bolle scoppiano contro la pelle producendo microgetti di fluido che possono penetrare attraverso la barriera epidermica.

Questa scoperta è un primo passo nell’utilizzo di vibrazioni per la somministrazione di farmaci. Tuttavia, è necessario migliorare sia gli aspetti meccanici che biologici nella somministrazione, come i parametri che determinano le diverse forme d’onda. Il cerotto è stato realizzato in PDMS, polimero a base di silicone, che è capace di aderire alla pelle senza l’utilizzo di un adesivo.

Risultati dei test

Nei test su pelle di maiale, i ricercatori hanno testato il dispositivo fornendo una vitamina B detta niacinamide (ingrediente di molte creme solari). Hanno notato che la quantità di farmaco penetrata nella pelle era 26 volte maggiore della quantità che poteva passare attraverso la pelle senza assistenza ultrasonica.

I risultati ottenuti sono stati confrontati con quelli ottenuti dalla tecnica del microneedling, che consiste nella somministrazione transdermica di farmaci con aghi in miniatura. La stessa quantità di farmaco è stata fornita dal cerotto in 30 minuti rispetto alle 6 ore necessarie ai microaghi.

Prospettive future

Il cerotto consente la penetrazione per pochi millimetri nella pelle rendendo l’approccio utile per le somministrazioni locali, come per la vitamina C o niacinamide, per trattare macchie della pelle o ustioni. Ma con ulteriori miglioramenti si potrebbe aumentare la profondità di penetrazione permettendo ai farmaci di raggiungere il flusso sanguigno. Così il dispositivo potrebbe essere utile per fornire ormoni come il progesterone.

I ricercatori stanno studiando possibili dispositivi impiantabili all’interno del corpo per curare malattie, come il cancro, diabete. Il prossimo step prevede di testare il cerotto su volontari umani e di ripetere gli esprimenti con molecole di farmaci più grandi.

“Dopo aver caratterizzato i profili di penetrazione del farmaco per farmaci molto più grandi, vedremmo quindi quali candidati, come ormoni o insulina, possono essere somministrati utilizzando questa tecnologia, per fornire un’alternativa indolore a coloro che sono attualmente costretti ad autosomministrarsi iniezioni su un ogni giorno” – dice Shah, ricercatore del MIT.