חוקרים פיתחו מעין קפיצים מיקרוסקופיים שנאחזים בדפנות המעיים ופולטים את תכולתם באופן איטי ומבוקר

תרופות רבות מנצלות את מערכת העיכול כנקודת המוצא שממנה הן ממשיכות אל שאר חלקי הגוף, שכן קל מאוד להיכנס אליה, והיא מאפשרת ספיגה יעילה של חומרים למחזור הדם. אולם לפעמים אנחנו מעדיפים דווקא להשהות את שחרור התרופה, וכאן היעילות של מערכת העיכול נמצאת בעוכרינו. לאחר שהיא מעבירה את התרופה למחזור הדם, תהליך חילוף החומרים בגוף יביא לידי כך שאם לא ננקוט אמצעים שישאירו אותה שם, היא תיפלט מהגוף בתוך זמן קצר. 

שחרור איטי ומתמשך של תרופות מציב אתגר משמעותי בפני רופאים ופרמקולוגים. תרופות רבות אינן מממשות את מלוא הפוטנציאל שלהן ואינן פועלות ביעילות מירבית, מכיוון שהן מתחילות לפעול עוד לפני שהן מגיעות לאזור שבו הן נחוצות ומכיוון שהן נשטפות מהמערכת לפני שהן מספיקות למלא את תפקידן.

צילום במיקרוסקופ אלקטרונים של תולעת הקרס ששימשה השראה לחוקרים | מקור: DAVID SCHARF / SCIENCE PHOTO LIBRARY
השיניים נאחזות ברקמת המעי ומאפשרות לתולעת להישאר שם שנתיים. צילום במיקרוסקופ אלקטרונים של תולעת הקרס ששימשה השראה לחוקרים | מקור: DAVID SCHARF / SCIENCE PHOTO LIBRARY

כדי לנסות לפתור את אתגר שחרור התרופות האיטי חוקרים מאוניברסיטת ג'ונס הופקינס בארצות הברית שאבו השראה מתולעי קרס (Ancylostoma duodenale) – תולעת טפילית שיכולה לשהות במעי האדם עד כשנתיים. לשם כך היא נועצת זוג שיניים ברקמת המעיים וכך מקבעת את עצמה מול התזוזות הנובעות מפעולת המעיים. החוקרים בנו התקן בגודל של כמאתיים מיליוניות המטר שדומה למגן דוד, בעל ששה חודים. באמצעות החודים האלה ההתקן מסוגל להיאחז ברקמה הרירית של המעיים ולשחרר תרופות בקצב הרבה יותר איטי מאמצעים אחרים לשחרור תרופות. ממצאי המחקר פורסמו בכתב העת Science Advances.

התרופה משתחררת מהמשושה שבמרכז | צילום: Johns Hopkins University
צילום מיקרוסקופי של ההתקן הפתוח (משמאל) והמקופל. כשהחודים ננעצים בדופן המעי, התרופה משתחררת מהמשושה שבמרכז | צילום: Johns Hopkins University

מכניקה בזעיר אנפין

אחד האתגרים שהחוקרים התמודדו איתם היה איך לגרום להתקן לפעול רק כשיגיע למעיים. המתקן פועל ללא כל חיבור חשמלי או שידור של גלים אלקטרומגנטיים, אלא משתמש בשתי שכבות צמודות דקיקות במיוחד, בעובי של כמה עשרות מיליארדיות המטר, העשויות מכרום ומזהב. בגלל ההבדל בתכונותיהן ובשל האופן שבו מייצרים אותן, נאגר בין המתכות לחץ פנימי שמזכיר קפיץ מתוח. 

בשלב הייצור הסופי של ההתקן, רגע לפני שמשחררים אותו מפרוסת הסיליקון שעליה הוא מיוצר, החוקרים מצפים את השכבות בשעווה שמונעת מהלחץ להשתחרר באופן לא מבוקר. כשההתקן מגיע לסביבה החמה יחסית שבמעיים, השעווה נמסה והלחץ האגור בין שכבת הכרום לשכבת הזהב משתחרר. בעקבות זאת ההתקן נפתח, החודים שלו נאחזים בדופן המעי והתרופה מתחילה לצאת החוצה. 

את התרופה מטעינים החוקרים מבעוד מועד לתוך חומר נקבובי העשוי מרב-סוכר בשם כיטוזן, המבוסס על כיטין – חומר נפוץ מאוד בעולם החי, שנמצא בין השאר בשלדים החיצוניים של חרקים. מכיוון שמדובר בהתקנים זעירים, ש-6,000 מהם יכולים להיכנס זה לצד זה על פרוסת סיליקון בקוטר של 76 מילימטר, אפשר לטעון על כל התקן כמות קטנה מאוד של תרופה. לפיכך, נחוצים מאות אלפי התקנים כאלה כדי לספק כמות משמעותית של תרופה לאדם בוגר. החוקרים מציינים כי אפשר יהיה להשתמש בהתקנים גדולים יותר וכך לצמצם את מספרם.

ההתקנים נראים כגרגירי אבק בקצה של מקלון אזניים | צילום: Johns Hopkins University
התקן זערורי. ההתקנים נראים כגרגירי אבק בקצה של מקלון אזניים | צילום: Johns Hopkins University

כדי לבחון את יעילות ההתקן שלהם הטעינו אותו החוקרים במשכך הכאבים קטורולק (Ketorolac) ונתנו אותו לחולדות. ההתקנים שפיתחו החזיקו מעמד במעיים קרוב ליממה. בהשוואה לתרופה שניתנה ללא סיוע ההתקנים, כמות התרופה הכוללת שהועברה הייתה כפולה וריכוזה בדם היה גבוה פי עשרה כעבור 12 שעות ממתן התרופה.

החוקרים מציינים כי בעתיד אפשר יהיה להוסיף להתקן אמצעים נוספים שיאפשרו לבצע אבחון או ניטור. בנוסף יוכלו להתאים אותו לצרכים נוספים על ידי שינוי ממדיו וגודל הנקבוביות של הסוכר שבו יטעינו את התרופה. כך יוכלו לשלוט בעוצמת האחיזה של ההתקן ברקמת המעי, בכמות החומר שייטען בו ובקצב השחרור של התרופה.