Các kỹ sư của Đại học Stanford đã phát triển công nghệ lưu trữ hydrogel dạng tiêm cho phép tiêm thuốc GLP-1 bốn tháng một lần, so với việc tiêm lặp lại hàng ngày. Sản phẩm thuốc tiêm đơn dựa trên hydrogel này có thể làm giảm đáng kể tần suất can thiệp điều trị, cải thiện đáng kể chất lượng cuộc sống của bệnh nhân và giảm các biến chứng trong điều trị bệnh tiểu đường.

Các kỹ sư vật liệu tại Đại học Stanford đã phát triển một hệ thống phân phối hydrogel mới có thể chuyển đổi việc tiêm thuốc trị tiểu đường và quản lý cân nặng hàng ngày hoặc hàng tuần (chẳng hạn như Ozempic, Mounjaro, Trulicity, Victoza, v.v.) thành bốn tháng một lần. Các nhà nghiên cứu tin tưởng vào một nghiên cứu mới được công bố trên Cell Reports Medicine vào ngày 21 tháng 11 rằng hệ thống này sẽ cải thiện đáng kể bệnh tiểu đường và kiểm soát cân nặng, tăng cường tuân thủ dùng thuốc của bệnh nhân và giúp bệnh nhân tiểu đường loại 2 cải thiện sức khỏe lâu dài.

Những loại thuốc này hoạt động bằng cách bắt chước hormone glucagon-like peptide 1 (GLP-1). Nhưng trong khi những loại thuốc này có thể giúp mọi người quản lý chế độ ăn uống và cân nặng của mình thì việc tiêm hàng ngày hoặc hàng tuần có thể là gánh nặng đối với nhiều bệnh nhân.

Eric Appel, phó giáo sư tại Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu tại Đại học Stanford và là nhà nghiên cứu chính của hydrogel mới, cho biết: "Tuân thủ điều trị là một trong những thách thức lớn nhất trong việc quản lý bệnh tiểu đường loại 2. Chỉ ba mũi tiêm mỗi năm sẽ giúp bệnh nhân tiểu đường hoặc béo phì tuân thủ thuốc của họ dễ dàng hơn."

500 triệu người trên toàn thế giới mắc bệnh tiểu đường loại 2, trong đó riêng ở Hoa Kỳ là 130 triệu người. Người ta ước tính rằng chi phí điều trị hàng năm ở Hoa Kỳ lên tới 400 tỷ USD. GLP-1, một loại thuốc mới ra mắt gần đây, đã được ca ngợi là "loại thuốc thần kỳ" có ít tác dụng phụ và có thể kiểm soát hiệu quả lượng năng lượng nạp vào bằng cách giúp bệnh nhân tăng cảm giác no, giảm cơn đói và nhắm tới các tác dụng khác liên quan đến chế độ ăn uống.

Hydrogel Nanocomposite mới

Bí mật của hydrogel nằm ở tính chất vật lý độc đáo của các hạt nano lõi của nó. Hydrogel không phải là mới - ví dụ, kính áp tròng mà nhiều người đeo ngày nay được làm từ chúng - nhưng những hydrogel này được thiết kế để chống rách và duy trì hình dạng của chúng. Hydrogel được thiết kế bằng các polyme và hạt nano liên kết yếu với nhau nên chúng dính vào nhau như gel nhưng tiêu tan dần theo thời gian. Hydrogel là mạng lưới gồm các chuỗi polymer và hạt nano giữ các phân tử thuốc tại chỗ cho đến khi mạng hòa tan, giải phóng thuốc.

Appel giải thích: "Hydrogel của chúng tôi tan chảy trong vài tháng, giống như một viên đường trong nước hòa tan từng phân tử. Tôi thường nói rằng hydrogel được giữ cùng với một loại Velcro phân tử dính chặt nhưng có thể dễ dàng tách ra."

Hydrogel mới, về mặt kỹ thuật được gọi là hydrogel polymer-nanoparticle (PNP), có lưu lượng chất lỏng "vừa đủ" để dễ dàng tiêm bằng kim có sẵn, đồng thời giống như gel và đủ ổn định trong cơ thể để tồn tại đến bốn tháng. Các phân tử thuốc GLP-1 được tạo thành hydrogel. Theo thời gian, hydrogel tan chảy từ từ và các phân tử thuốc cũng bị đóng gói.

Bác sĩ tiêm một miếng hydrogel nhỏ chứa thuốc vào vị trí thuận tiện dưới da, chẳng hạn như nách. Đối với các kỹ sư, điều quan trọng là làm thế nào để thiết kế hydrogel sao cho nó đủ nhỏ để bệnh nhân cảm thấy thoải mái và không gây khó chịu, nhưng cũng đủ lớn và đủ bền để sử dụng đủ 4 tháng. Appel tin rằng nhóm của ông đã đạt được biện pháp kiểm soát này.

Appel cho biết: "Chúng tôi đã chọn khoảng thời gian bốn tháng để phù hợp với thời điểm mọi người thực sự đến gặp bác sĩ hoặc bác sĩ nội tiết của họ, đó là lý do tại sao chúng tôi rất cụ thể về thời gian phát hành."

Đầy hứa hẹn tiềm năng

Cho đến nay, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm hệ thống phân phối thuốc mới này trên chuột thí nghiệm và đạt được thành công lớn. Một lần tiêm liệu pháp dựa trên hydrogel này đã cải thiện lượng đường trong máu và kiểm soát cân nặng ở chuột so với việc tiêm hàng ngày một loại thuốc thương mại lớn.

Mặc dù hydrogel đặc biệt này được thiết kế đặc biệt cho phác đồ thử nghiệm GLP-1 kéo dài 4 tháng nhưng nhóm nghiên cứu đã điều chỉnh thành công khung thời gian phát hành trong khoảng từ vài ngày đến sáu tháng. Hệ thống này đã được sử dụng trong các protein, vắc xin và thậm chí cả tế bào trị liệu khác và có bằng chứng cho thấy thuốc GLP-1 cũng làm giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch. Tất cả những dấu hiệu này cho thấy những ứng dụng tiềm năng của hệ thống phân phối thuốc này cho các loại thuốc khác và các bệnh lý khác. Kết quả rất hứa hẹn thậm chí còn thu được ở trẻ em mắc bệnh tiểu đường loại 1.

Tiếp theo, các nhà nghiên cứu sẽ tiến hành thí nghiệm trên lợn vì da và hệ nội tiết của chúng giống con người nhất. Nếu những thử nghiệm này diễn ra theo đúng kế hoạch, chúng ta có thể thấy các thử nghiệm lâm sàng trên người trong vòng một năm rưỡi đến hai năm.

Appel cho biết: "Ít nhất, chúng tôi đã mở đường cho việc phát hành kéo dài các phương pháp điều trị chống tiểu đường và chống béo phì dựa trên GLP-1, có thể mang lại tác dụng có lợi trong điều trị bệnh tiểu đường loại 2 và có lẽ cả các bệnh khác."