Uždarojo ciklo vaistų tiekimo sistema galėtų pagerinti chemoterapiją

Kai vėžiu sergantiems pacientams taikoma chemoterapija, daugumos vaistų dozės apskaičiuojamos pagal paciento kūno paviršiaus plotą. Šis rodiklis apskaičiuojamas naudojant lygtį, kurioje pakeičiamas paciento ūgis ir svoris. Ši lygtis buvo suformuluota 1916 m. Remiantis tik devynių pacientų duomenimis.

Šis supaprastintas dozavimo metodas neatsižvelgia į kitus veiksnius, todėl pacientui gali būti paskirta per daug arba per mažai vaisto. Dėl to kai kurie pacientai gali patirti pernelyg didelį toksiškumą arba jų veiksmingumo stoką, taikant chemoterapiją.

Siekdami pagerinti chemoterapijos dozavimo tikslumą, MIT inžinieriai sukūrė alternatyvų metodą, leidžiantį kiekvienam pacientui individualizuoti dozę. Jų sistema matuoja vaisto kiekį paciento organizme, o šie duomenys įvedami į valdiklį, kuris pagal tai gali reguliuoti infuzijos greitį.

Šis metodas gali padėti kompensuoti vaistų farmakokinetikos skirtumus, atsiradusius dėl kūno sudėties, genetinio polinkio, chemoterapijos sukelto toksiškumo organams, sąveikos su kitais vaistais ir maisto produktais bei fermentų, atsakingų už chemoterapinių vaistų skaidymą, svyravimus, teigia mokslininkai. p>

"Pripažindami pažangą, pažangą suprantant, kaip vaistai metabolizuojami, ir taikydami inžinerines priemones, kad supaprastintume individualų dozavimą, manome, kad galime padėti pakeisti daugelio vaistų saugumą ir veiksmingumą", - sako Giovanni Traverso, MIT ir mechanikos inžinerijos docentas. Gastroenterologas ligoninėje. Brighamo ir moterų ligoninė ir vyresnysis tyrimo autorius.

Louisas DeRidderis, MIT absolventas, yra pagrindinis žurnale Med paskelbto straipsnio autorius.

Nuolatinis stebėjimas

Šiame tyrime mokslininkai daugiausia dėmesio skyrė vaistui, vadinamam 5-fluorouracilu, kuris vartojamas kolorektaliniam vėžiui ir kitų rūšių vėžys. Vaistas paprastai vartojamas per 46 valandas, o dozė nustatoma pagal formulę, pagrįstą paciento ūgiu ir svoriu, pagal kurį nustatomas kūno paviršiaus plotas.

Tačiau taikant šį metodą neatsižvelgiama į kūno sudėties skirtumus, kurie gali turėti įtakos vaisto pasiskirstymui organizme, ar genetinių variacijų, turinčių įtakos jo metabolizmui. Šie skirtumai gali sukelti žalingą šalutinį poveikį, jei vaisto yra per daug. Jei vaisto nepakanka, jis gali nenaikinti naviko, kaip tikėtasi.

"Žmonių, kurių kūno paviršiaus plotas yra toks pat, gali būti labai įvairus ūgis ir svoris, skirtinga raumenų masė arba genetika, bet kol į šią lygtį įtrauktas ūgis ir svoris sudaro tą patį kūno paviršiaus plotą, jų dozė yra identiška." sako DeRidderis, Harvardo-MIT sveikatos mokslų ir technologijų programos medicinos inžinerijos ir medicinos fizikos programos doktorantas.

Kitas veiksnys, galintis bet kuriuo metu pakeisti vaisto kiekį kraujyje, yra fermento, vadinamo dihidropirimidino dehidrogenaze (DPD), kuris skaido 5-fluorouracilą, cirkadinis svyravimai. DPD, kaip ir daugelio kitų organizmo fermentų, ekspresiją reguliuoja cirkadinis ritmas. Taigi 5-FU DPD skilimas nėra pastovus, bet skiriasi priklausomai nuo paros laiko. Dėl šių cirkadinių ritmų 5-fluorouracilo kiekis paciento kraujyje infuzijos metu gali svyruoti dešimt kartų.

„Naudodami kūno paviršiaus plotą chemoterapijos dozei apskaičiuoti, žinome, kad du žmonės gali turėti visiškai kitokį toksiškumą nei 5-fluorouracilas. Vienas pacientas gali turėti minimalų toksiškumo gydymo ciklą, o vėliau – siaubingą toksiškumą. Kažkas pasikeitė. Pacientų metabolizuojama chemoterapija nuo vieno ciklo iki kito Mūsų pasenęs dozavimo metodas šių pokyčių nefiksuoja, todėl pacientai kenčia“, – sako Dana-Farber vėžio instituto klinikinis onkologas ir straipsnio autorius Douglasas Rubinsonas.

Vienas iš būdų kompensuoti chemoterapijos farmakokinetikos skirtumus yra strategija, vadinama terapiniu vaistų stebėjimu, kai pacientas vieno gydymo ciklo pabaigoje pateikia kraujo mėginį. Išnagrinėjus šio mėginio vaisto koncentraciją, dozę galima koreguoti, jei reikia, kito ciklo pradžioje (5-fluorouracilo atveju paprastai po dviejų savaičių).

Įrodyta, kad šis metodas duoda geresnių rezultatų pacientams, tačiau jis nebuvo plačiai naudojamas chemoterapijoje, pvz., 5-fluorouracilu.

MIT mokslininkai norėjo sukurti panašaus tipo stebėjimą, tačiau automatizuotu būdu, kad būtų galima pritaikyti vaistų dozavimą realiuoju laiku, o tai galėtų padėti pacientams pasiekti geresnių rezultatų.

Uždaro ciklo sistemoje vaistų koncentracija gali būti nuolat stebima ir ši informacija naudojama automatiškai reguliuoti chemoterapinių vaistų infuzijos greitį, kad dozė būtų tiksliniame diapazone.

Ši uždarojo ciklo sistema leidžia individualizuoti vaistų dozavimą, kad būtų atsižvelgta į kintančius vaistus metabolizuojančių fermentų lygių cirkadinius ritmus, taip pat į bet kokius paciento farmakokinetikos pokyčius po paskutinio gydymo, pvz., chemoterapijos sukeltą toksiškumą organams.

Kad chemoterapijos dozavimas būtų tikslesnis, MIT inžinieriai sukūrė būdą, kaip valandas trunkančios infuzijos metu nuolat matuoti vaisto kiekį paciento organizme. Tai padės kompensuoti skirtumus, kuriuos sukelia kūno sudėtis, genetika, toksiškumas vaistams ir cirkadiniai svyravimai. Šaltinis: pateikė mokslininkai.

Naujoji mokslininkų sukurta sistema, žinoma kaip CLAUDIA (uždarojo ciklo automatinis vaistų infuzijos reguliatorius), kiekvienam žingsniui naudoja komerciškai prieinamą įrangą. Kraujo mėginiai imami kas penkias minutes ir greitai paruošiami analizei. Išmatuojama 5-fluorouracilo koncentracija kraujyje ir palyginama su tiksliniu diapazonu.

Skirtumas tarp tikslinės ir išmatuotos koncentracijos įvedamas į valdymo algoritmą, kuris prireikus koreguoja infuzijos greitį, kad dozė būtų tokia koncentracijos riba, kurioje vaistas yra veiksmingas ir netoksiškas.

„Mes sukūrėme sistemą, kurioje galime nuolat matuoti vaistų koncentraciją ir atitinkamai reguliuoti infuzijos greitį, kad išlaikytume vaisto koncentraciją terapijos lange“, – sako DeRidderis.

Greitas koregavimas

Atlikdami bandymus su gyvūnais, mokslininkai nustatė, kad naudojant CLAUDIA, organizme cirkuliuojančių vaistų kiekį pavyko išlaikyti tiksliniame diapazone maždaug 45 procentus laiko.

Vaistų kiekis gyvūnuose, kuriems buvo taikoma chemoterapija be CLAUDIA, išliko tiksliniame diapazone vidutiniškai tik 13 procentų laiko. Šiame tyrime mokslininkai netikrino vaistų lygių veiksmingumo, tačiau manoma, kad išlaikant koncentraciją tiksliniame lange gaunami geresni rezultatai ir mažesnis toksiškumas.

CLAUDIA taip pat sugebėjo išlaikyti 5-fluorouracilo dozę tikslinėje diapazone, net jei buvo skiriamas vaistas, slopinantis DPD fermentą. Gyvūnų, gydytų šiuo inhibitoriumi be nuolatinio stebėjimo ir koregavimo, 5-fluorouracilo koncentracija padidėjo iki aštuonių kartų.

Šiai demonstracijai tyrėjai rankiniu būdu atliko kiekvieną proceso etapą naudodami paruoštą įrangą, bet dabar planuoja automatizuoti kiekvieną veiksmą, kad būtų galima stebėti ir koreguoti dozę be žmogaus įsikišimo.

Vaistų koncentracijai išmatuoti mokslininkai naudojo efektyvią skysčių chromatografijos-masių spektrometriją (HPLC-MS) – metodą, kuris gali būti pritaikytas aptikti praktiškai bet kokio tipo vaistus.

„Mes įsivaizduojame ateitį, kurioje galime naudoti CLAUDIA bet kuriam vaistui, kuris turi tinkamų farmakokinetinių savybių ir yra aptinkamas HPLC-MS, todėl daugeliui skirtingų vaistų galima dozuoti individualiai“, – sako DeRidderis.