نظام توصيل الدواء ذو الحلقة المغلقة يمكن أن يحسن العلاج الكيميائي

عندما يخضع مرضى السرطان للعلاج الكيميائي، يتم حساب جرعات معظم الأدوية بناءً على مساحة سطح جسم المريض. يتم تقدير هذا المؤشر باستخدام معادلة يتم فيها استبدال طول المريض ووزنه. تمت صياغة هذه المعادلة في عام 1916 بناءً على بيانات من تسعة مرضى فقط.

هذا النهج التبسيطي للجرعات لا يأخذ في الاعتبار عوامل أخرى وقد يؤدي إلى وصف المريض لكمية كبيرة جدًا أو قليلة جدًا من الدواء. ونتيجة لذلك، قد يعاني بعض المرضى من سمية مفرطة أو قلة فعالية العلاج الكيميائي.

لتحسين دقة جرعات العلاج الكيميائي، قام مهندسو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) بتطوير نهج بديل يسمح بتخصيص الجرعة لكل مريض. يقوم نظامهم بقياس كمية الدواء في جسم المريض، ويتم إدخال هذه البيانات إلى وحدة التحكم، والتي يمكنها ضبط معدل التسريب وفقًا لذلك.

يقول الباحثون إن هذا النهج قد يساعد في التعويض عن الاختلافات في الحرائك الدوائية للأدوية الناتجة عن تكوين الجسم، والاستعداد الوراثي، وسمية الأعضاء الناجمة عن العلاج الكيميائي، والتفاعلات مع الأدوية والأطعمة الأخرى، والتقلبات اليومية في الإنزيمات المسؤولة عن تحطيم أدوية العلاج الكيميائي. ص>

"من خلال الاعتراف بالتقدم في فهم كيفية استقلاب الأدوية وتطبيق الأدوات الهندسية لتبسيط الجرعات الشخصية، نعتقد أنه يمكننا المساعدة في تغيير سلامة وفعالية العديد من الأدوية"، كما يقول جيوفاني ترافيرسو، الأستاذ المساعد في الهندسة الميكانيكية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. طبيب الجهاز الهضمي في المستشفى. مستشفى بريجهام والنساء وكبير مؤلفي الدراسة.

لويس ديريدر، طالب دراسات عليا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، هو المؤلف الرئيسي للورقة البحثية المنشورة في مجلة Med.

المراقبة المستمرة

في هذه الدراسة، ركز الباحثون على عقار يسمى 5-فلورويوراسيل، والذي يستخدم لعلاج سرطان القولون والمستقيم وأنواع أخرى من السرطان. يتم إعطاء الدواء عادة على مدى 46 ساعة ويتم تحديد الجرعة باستخدام صيغة تعتمد على طول المريض ووزنه، والتي توفر تقديرًا لمساحة سطح الجسم.

ومع ذلك، فإن هذا النهج لا يأخذ في الاعتبار الاختلافات في تكوين الجسم، والتي قد تؤثر على توزيع الدواء في الجسم، أو الاختلافات الجينية التي تؤثر على عملية التمثيل الغذائي له. يمكن أن تؤدي هذه الاختلافات إلى آثار جانبية ضارة إذا كان هناك الكثير من الدواء. إذا لم يكن الدواء كافيًا، فقد لا يقتل الورم كما هو متوقع.

"قد يكون لدى الأشخاص الذين لديهم نفس مساحة سطح الجسم أطوال وأوزان مختلفة جدًا، وكتلة عضلية مختلفة أو عوامل وراثية مختلفة، ولكن طالما أن الطول والوزن المذكورين في هذه المعادلة يعطيان نفس مساحة سطح الجسم، فإن جرعتهم متطابقة." يقول ديريدر، وهو مرشح لدرجة الدكتوراه في برنامج الهندسة الطبية والفيزياء الطبية في برنامج العلوم والتكنولوجيا الصحية بجامعة هارفارد-معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

هناك عامل آخر يمكن أن يغير كمية الدواء في الدم في أي وقت، وهو التقلب اليومي لإنزيم يسمى ديهيدروبيريميدين ديهيدروجينيز (DPD)، الذي يفكك 5-فلورويوراسيل. يتم تنظيم التعبير عن DPD، مثل العديد من الإنزيمات الأخرى في الجسم، من خلال إيقاع الساعة البيولوجية. وبالتالي، فإن تدهور 5-FU DPD ليس ثابتًا، ولكنه يختلف اعتمادًا على الوقت من اليوم. يمكن أن تؤدي إيقاعات الساعة البيولوجية هذه إلى تقلبات بمقدار عشرة أضعاف في كمية 5-فلورويوراسيل في دم المريض خلال فترة التسريب.

"باستخدام مساحة سطح الجسم لحساب جرعة العلاج الكيميائي، نحن نعلم أنه يمكن أن يكون لدى شخصين سميات مختلفة تمامًا عن 5-فلورويوراسيل. يمكن لمريض واحد أن يحصل على دورات علاج مع الحد الأدنى من السمية ثم دورة ذات سمية رهيبة. لقد تغير شيء ما في كيفية هذا الأمر يقول دوجلاس روبنسون، طبيب الأورام السريري في معهد دانا فاربر للسرطان ومؤلف الدراسة: "يقوم المريض باستقلاب العلاج الكيميائي من دورة إلى أخرى. إن طريقة الجرعات القديمة لدينا لا تلتقط هذه التغييرات، ويعاني المرضى نتيجة لذلك".

إحدى الطرق لمحاولة التعويض عن التباين في الحرائك الدوائية للعلاج الكيميائي هي استراتيجية تسمى مراقبة الأدوية العلاجية، حيث يقدم المريض عينة دم في نهاية دورة علاجية واحدة. بعد تحليل هذه العينة لتركيز الدواء، يمكن تعديل الجرعة، إذا لزم الأمر، في بداية الدورة التالية (عادة بعد أسبوعين لـ 5-فلورويوراسيل).

لقد ثبت أن هذا النهج يؤدي إلى نتائج أفضل للمرضى، ولكنه لم يتم استخدامه على نطاق واسع في العلاجات الكيميائية مثل 5-فلورويوراسيل.

أراد باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا تطوير نوع مماثل من المراقبة، ولكن بطريقة آلية يمكنها تخصيص جرعة الدواء في الوقت الفعلي، مما قد يؤدي إلى نتائج أفضل للمرضى.

في نظام الحلقة المغلقة، يمكن مراقبة تركيزات الدواء بشكل مستمر ويتم استخدام هذه المعلومات لضبط معدل ضخ أدوية العلاج الكيميائي تلقائيًا للحفاظ على الجرعة ضمن النطاق المستهدف.

يسمح نظام الحلقة المغلقة هذا بتخصيص جرعات الدواء لتأخذ في الاعتبار إيقاعات الساعة البيولوجية للمستويات المتغيرة من إنزيمات استقلاب الدواء، بالإضافة إلى أي تغييرات في الحرائك الدوائية للمريض منذ العلاج الأخير، مثل سمية الأعضاء الناجمة عن العلاج الكيميائي. ص>

لجعل جرعات العلاج الكيميائي أكثر دقة، قام مهندسو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) بتطوير طريقة لقياس كمية الدواء في جسم المريض بشكل مستمر خلال عملية ضخ لمدة ساعات طويلة. سيساعد هذا في التعويض عن الاختلافات الناجمة عن تكوين الجسم، وعلم الوراثة، وسمية الدواء، وتقلبات الساعة البيولوجية. المصدر: مقدمة من الباحثين.

يستخدم النظام الجديد الذي طوره الباحثون، والمعروف باسم CLAUDIA (منظم تسريب الأدوية الآلي ذو الحلقة المغلقة)، معدات متاحة تجاريًا لكل خطوة. يتم أخذ عينات الدم كل خمس دقائق وإعدادها بسرعة للتحليل. يتم قياس تركيز 5-فلورويوراسيل في الدم ومقارنته بالنطاق المستهدف.

يتم إدخال الفرق بين التركيزات المستهدفة والمقاسة في خوارزمية التحكم، والتي تقوم بعد ذلك بضبط معدل التسريب إذا لزم الأمر للحفاظ على الجرعة ضمن نطاق التركيز الذي يكون فيه الدواء فعالاً وغير سام.

"لقد قمنا بتطوير نظام يمكننا من خلاله قياس تركيزات الدواء بشكل مستمر وضبط معدل التسريب وفقًا لذلك للحفاظ على تركيزات الدواء ضمن النافذة العلاجية"، كما يقول ديريدر.

تعديل سريع

في الاختبارات على الحيوانات، وجد الباحثون أنه باستخدام كلوديا، تمكنوا من الحفاظ على كمية الدواء المنتشرة في الجسم في النطاق المستهدف حوالي 45 بالمائة من الوقت.

ظلت مستويات الدواء في الحيوانات التي تتلقى العلاج الكيميائي بدون كلوديا في النطاق المستهدف بنسبة 13 بالمائة فقط من الوقت في المتوسط. في هذه الدراسة، لم يختبر الباحثون فعالية مستويات الدواء، ولكن يُعتقد أن الحفاظ على التركيزات ضمن النافذة المستهدفة يؤدي إلى نتائج أفضل وسمية أقل.

كما تمكنت كلوديا من الحفاظ على جرعة 5-فلورويوراسيل في النطاق المستهدف حتى عند تناول دواء يثبط إنزيم DPD. وفي الحيوانات التي عولجت بهذا المثبط دون مراقبة وتعديل مستمرين، زادت مستويات 5-فلورويوراسيل إلى ثمانية أضعاف.

في هذا العرض التوضيحي، أجرى الباحثون يدويًا كل خطوة من خطوات العملية باستخدام معدات جاهزة للاستخدام، لكنهم يخططون الآن لأتمتة كل خطوة بحيث يمكن إجراء المراقبة وتعديل الجرعة دون تدخل بشري.

لقياس تركيزات الأدوية، استخدم الباحثون قياس الطيف الكتلي السائل عالي الأداء (HPLC-MS)، وهي تقنية يمكن تكييفها لاكتشاف أي نوع من الأدوية تقريبًا.

"إننا نتصور مستقبلًا يمكننا فيه استخدام CLAUDIA لأي دواء يتمتع بخصائص حركية دوائية مناسبة ويمكن اكتشافه بواسطة HPLC-MS، مما يسمح بجرعات شخصية للعديد من الأدوية المختلفة"، كما يقول ديريدر.