Investigadores del MIT han desarrollado un parche portátil que aplica ondas ultrasónicas indoloras sobre la piel para crear canales por los que puedan pasar los medicamentos.
Este enfoque podría permitir la administración de tratamientos para diversas afecciones cutáneas y podría adaptarse para administrar hormonas, relajantes musculares y otros medicamentos, según afirman los investigadores.
La mayoría de los medicamentos se administran por vía oral o intravenosa, pero la piel es una vía que podría ofrecer una administración de fármacos mucho más dirigida para determinadas aplicaciones.
La piel es una vía atractiva para la administración de medicamentos porque permite que lleguen directamente al lugar donde se necesitan, lo que podría resultar útil para la cicatrización de heridas, el alivio del dolor u otras aplicaciones médicas y cosméticas. Sin embargo, administrar medicamentos a través de la piel es difícil, ya que la capa externa resistente de la piel impide que la mayoría de las moléculas pequeñas la atraviesen.
Con el objetivo de facilitar la administración de medicamentos a través de la piel, investigadores del MIT han desarrollado un parche portátil que aplica ondas ultrasónicas indoloras sobre la piel, creando diminutos canales por los que pueden pasar los medicamentos. Este enfoque podría prestarse a la administración de tratamientos para diversas afecciones cutáneas y también podría adaptarse para administrar hormonas, relajantes musculares y otros medicamentos, según afirman los investigadores.
“La facilidad de uso y la alta repetibilidad que ofrece este sistema constituyen una alternativa revolucionaria para los pacientes y consumidores que padecen afecciones cutáneas y envejecimiento prematuro de la piel”, afirma Canan Dagdeviren, profesora asociada del Media Lab del MIT y autora principal del estudio. “Administrar medicamentos de esta forma podría ofrecer una toxicidad sistémica menor y es más localizada, cómoda y controlable”.
Los asistentes de investigación del MIT Chia-Chen Yu y Aastha Shah son los autores principales del artículo, que se publica en Advanced Materials, como parte de la serie “Rising Stars” de la revista, que destaca el trabajo sobresaliente de investigadores en las primeras etapas de sus carreras independientes. Otros autores del MIT son el asistente de investigación Colin Marcus y el posdoctorando Md Osman Goni Nayeem. Nikta Amiri, Amit Kumar Bhayadia y Amin Karami, de la Universidad de Buffalo, también son autores del artículo.
Un impulso gracias a las ondas sonoras
Los investigadores iniciaron este proyecto como una exploración de formas alternativas de administrar medicamentos. La mayoría de los medicamentos se administran por vía oral o intravenosa, pero la piel es una vía que podría ofrecer una administración de fármacos mucho más dirigida para determinadas aplicaciones.
“La principal ventaja de la piel es que se evita todo el tracto gastrointestinal. Con la administración oral, hay que administrar una dosis mucho mayor para compensar la pérdida que se produciría en el sistema gástrico”, afirma Shah. “Esta es una modalidad de administración de medicamentos mucho más dirigida y centrada”.
Se ha demostrado que la exposición a ultrasonidos mejora la permeabilidad de la piel a los fármacos de moléculas pequeñas, pero la mayoría de las técnicas existentes para llevar a cabo este tipo de administración requieren equipos voluminosos. El equipo del MIT quería encontrar la manera de realizar este tipo de administración transdérmica de medicamentos con un parche ligero y portátil, lo que podría facilitar su uso en diversas aplicaciones.
El dispositivo que diseñaron consta de un parche con varios transductores piezoeléctricos en forma de disco, que pueden convertir corrientes eléctricas en energía mecánica. Cada disco está incrustado en una cavidad polimérica que contiene las moléculas del medicamento disueltas en una solución líquida. Cuando se aplica una corriente eléctrica a los elementos piezoeléctricos, estos generan ondas de presión en el fluido, creando burbujas que estallan contra la piel. Estas burbujas que estallan producen microchorros de fluido que pueden penetrar a través de la capa externa resistente de la piel, el estrato córneo.
“Esto abre la puerta al uso de vibraciones para mejorar la administración de medicamentos. Hay varios parámetros que dan lugar a la generación de distintos tipos de patrones de forma de onda. Tanto los aspectos mecánicos como los biológicos de la administración de medicamentos pueden mejorarse con este nuevo conjunto de herramientas”, afirma Karami.
El parche está fabricado con PDMS, un polímero a base de silicona que puede adherirse a la piel sin cinta adhesiva. En este estudio, los investigadores probaron el dispositivo administrando una vitamina B llamada niacinamida, un ingrediente presente en muchos protectores solares y cremas hidratantes.
En pruebas realizadas con piel de cerdo, los investigadores demostraron que, cuando administraron niacinamida con el parche de ultrasonidos, la cantidad de medicamento que penetró en la piel fue 26 veces mayor que la cantidad que podría atravesar la piel sin asistencia ultrasónica.
Los investigadores también compararon los resultados de su nuevo dispositivo con la microagujadura, una técnica que a veces se utiliza para la administración transdérmica de medicamentos, que consiste en perforar la piel con microagujas. Los investigadores comprobaron que su parche era capaz de administrar en 30 minutos la misma cantidad de niacinamida que podría administrarse con microagujas durante un periodo de seis horas.
Administración local
Con la versión actual del dispositivo, los medicamentos pueden penetrar algunos milímetros en la piel, lo que hace que este enfoque sea potencialmente útil para medicamentos que actúan localmente dentro de la piel. Entre ellos podrían incluirse la niacinamida o la vitamina C, que se utiliza para tratar manchas de la edad u otras manchas oscuras en la piel, o medicamentos tópicos utilizados para curar quemaduras.
Con modificaciones adicionales para aumentar la profundidad de penetración, esta técnica también podría utilizarse para medicamentos que deben llegar al torrente sanguíneo, como la cafeína, el fentanilo o la lidocaína. Dagdeviren también prevé que este tipo de parche podría ser útil para administrar hormonas como la progesterona. Además, los investigadores están explorando actualmente la posibilidad de implantar dispositivos similares dentro del cuerpo para administrar medicamentos para tratar el cáncer u otras enfermedades.
Los investigadores también trabajan en optimizar aún más el parche portátil, con la esperanza de probarlo pronto en voluntarios humanos. También planean repetir los experimentos de laboratorio que llevaron a cabo en este estudio, con moléculas de fármacos de mayor tamaño.
“Una vez que caractericemos los perfiles de penetración de medicamentos de tamaño mucho mayor, podremos determinar qué candidatos, como las hormonas o la insulina, pueden administrarse con esta tecnología, para ofrecer una alternativa indolora a quienes actualmente están obligados a autoadministrarse inyecciones a diario”, afirma Shah.
La investigación fue financiada por la Fundación Nacional de Ciencias, el Premio 3M para Profesorado No Titular, el Programa Sagol Weizmann-MIT Bridge, Texas Instruments, Inc., el Consorcio del Media Lab del MIT y una beca de posgrado del K. Lisa Yang Bionics Center.
