Da là một đường vận chuyển thuốc hấp dẫn, cho phép thuốc đi trực tiếp đến vị trí cần thiết, rất hữu ích trong quá trình chữa lành vết thương, làm giảm đau hoặc thực hiện những ứng dụng y tế và thẩm mỹ. Nhưng việc đưa thuốc thấm qua da rất khó khăn, lớp biểu bì cứng rắn của da ngăn chặn hầu hết những phân tử nhỏ thẩm thấu.

Đặt mục tiêu đưa thuốc qua da dễ dàng hơn, các nhà khoa học của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) phát triển một miếng dán có thể đeo, áp dụng sóng siêu âm không gây đau đớn cho da tạo ra những kênh nhỏ mà thuốc có thể đi qua. Các nhà nghiên cứu cho biết, phương pháp này có thể tự cung cấp các phương thức điều trị cho nhiều tình trạng da khác nhau, có thể được điều chỉnh để cung cấp hormone, thuốc giãn cơ và các loại thuốc khác.

 Miếng dán siêu âm vận chuyển thuốc qua da. Ảnh MIT

Canan Dagdeviren, PGS tại Phòng thí nghiệm Truyền thông của MIT, tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Tính dễ sử dụng và khả năng lặp lại cao của hệ thống vận chuyển thuốc này cung cấp một giải pháp thay thế, làm thay đổi cuộc sống cho bệnh nhân và những người mắc các bệnh về da và lão hóa da sớm, Phương pháp cung cấp thuốc theo hướng này mang lại ít khả năng gây độc tính toàn thân hơn, có tính cục bộ, thoải mái và dễ kiểm soát hơn.”

Các trợ lý nghiên cứu của MIT, Chia-Chen Yu và Aastha Shah là những tác giả chính của bài báo, đăng trên tạp chí Vật liệu Tiên tiến (Advanced Materials), trong khuôn khổ của loạt bài “Những ngôi sao đang lên” của tạp chí, giới thiệu công trình nghiên cứu xuất sắc của các nhà khoa học trong giai đoạn đầu của sự nghiệp độc lập phát triển. Những tác giả khác trong bài báo khoa học của MIT là Trợ lý nghiên cứu Colin Marcus, TS MD Osman Goni Nayeem, các nhà khoa học Nikta Amiri, Amit Kumar Bhayadia và Amin Karami thuộc Đại học Buffalo.

Tăng cường thẩm thấu thuốc từ sóng siêu âm

Các nhà khoa học bắt đầu dự án này trong một nghiên cứu khám phá những phương pháp khác nhau để vận chuyển thuốc. Hầu hết các loại thuốc được phân phối thông qua đường uống hoặc tiêm tĩnh mạch, nhưng da là một con đường có thể cung cấp khả năng phân phối thuốc, được nhắm mục tiêu cụ thể cho một số ứng dụng nhất định.

“Lợi ích chính với làn da là bệnh nhân bỏ qua toàn bộ đường tiêu hóa. Phương pháp cung cấp thuốc bằng đường uống có nhược điểm là phải cung cấp một liều lượng lớn hơn nhiều để bù đắp cho những mất mát xảy ra trong dạ dày và hệ thống tiêu hóa,” ông Shah nói. “Cung cấp thuốc qua da là một phương thức phân phối thuốc tập trung, có mục tiêu cụ thể và gần hơn nhiều.”

Các nghiên cứu khoa học đã chứng minh, tính thẩm thấu của biểu bì da tăng lên khi tiếp xúc với siêu âm đối với những loại thuốc phân tử nhỏ, nhưng hầu hết các kỹ thuật hiện nay, được sử dụng để thực hiện phân phối thuốc theo cách này đều yêu cầu thiết bị cồng kềnh. Nhóm nghiên cứu MIT muốn tìm ra một giải pháp, thực hiện phân phối thuốc qua da chỉ bằng một miếng dán nhẹ, có thể đeo được, giúp sử dụng dễ dàng hơn cho nhiều ứng dụng điều trị.

Phương pháp sử dụng miếng dán siêu âm vận chuyển thuốc qua da. Video MIT Media Lab.

Thiết bị mà nhóm nhà khoa học MIT thiết kế bao gồm một miếng dán, được nhúng một số bộ chuyển đổi áp điện hình đĩa, chuyển đổi dòng điện thành năng lượng cơ học. Mỗi đĩa được nhúng trong một khoang polymer chứa các phân tử thuốc, hòa tan trong dung dịch lỏng. Khi một dòng điện được đặt vào các phần tử áp điện, hình thành những sóng áp suất trong chất lỏng và tạo ra các bong bóng vỡ trên da. Những bong bóng vỡ này giúp tạo ra những tia chất lỏng siêu nhỏ, có thể xuyên qua lớp biểu bì cứng rắn của da.

Nhà khoa học Karami thuộc Đại học Buffalo cho biết: “Công trình nghiên cứu mở ra khả năng sử dụng sóng rung động để tăng cường hoạt động vận chuyển thuốc đến mục tiêu điều trị. Có hàng loạt các tham số cho phép tạo ra những dạng sóng khác nhau. Với bộ công cụ tạo sóng siêu âm này, việc phân phối thuốc được tăng cường cả trên phương diện cơ học và sinh học.”

Miếng dán được làm bằng PDMS, một loại polymer trên cơ sở silicone có thể dính vào da mà không cần băng dính. Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học MIT thử nghiệm thiết bị này bằng một thí nghiệm cung cấp một loại vitamin B, được gọi là niacinamide, một thành phần trong nhiều loại kem chống nắng và kem dưỡng ẩm.

Trong những thử nghiệm sử dụng miếng da lợn, các nhà khoa học đã chứng minh được, khi cung cấp niacinamide bằng miếng dán siêu âm, lượng thuốc thấm qua da lớn hơn 26 lần so với lượng thuốc có thể qua da không cần hỗ trợ siêu âm.

Các nhà nghiên cứu cũng so sánh kết quả từ thiết bị mới chế tạo với kỹ thuật lăn kim siêu nhỏ, một kỹ thuật đôi khi được sử dụng để vận chuyển thuốc qua da, sử dụng giải pháp chọc thủng da bằng rất nhiều mũi kim nhỏ. Các nhà khoa học đã xác định, miếng dán của nhóm có thể cung cấp cùng một lượng niacinamide trong 30 phút, trong khi sử dụng kỹ thuật lăn kim siêu nhỏ cần khoảng thời gian 6 giờ.

Vận chuyển thuốc đến vị trí cần điều trị

Với phiên bản chế tạo thử nghiệm của thiết bị, thuốc có thể xâm nhập sâu vài milimet vào da, cho thấy phương pháp này rất hữu ích đối với những loại thuốc tác động cục bộ trong da. Những loại thuốc được sử dụng có thể là niacinamide hoặc vitamin C, được dùng để điều trị các đốm đồi mồi hoặc những đốm đen khác trên da, cũng như các loại thuốc bôi ngoài da dùng để chữa bỏng hoặc các vết thương khác.

Với những tinh chỉnh công nghệ tiếp theo để tăng độ sâu thâm nhập, kỹ thuật này cũng có thể được sử dụng cho các loại thuốc cần được thấm vào mạch máu như caffein, fentanyl hoặc lidocaine. PGS Dagdeviren cũng cho rằng, loại miếng dán này có thể hiệu quả khi cung cấp các hormone như progesterone. Xa hơn nữa, các nhà khoa học đang nghiên cứu khả năng cấy ghép những thiết bị tương tự trong cơ thể để cung cấp thuốc điều trị ung thư hoặc những bệnh khác đúng mục tiêu điều trị.

Nhóm nhà khoa học đang tìm giải pháp tối ưu hóa hơn nữa miếng dán có thể đeo này, đồng thời hy vọng sớm được thử nghiệm trên người tình nguyện. Nhóm cũng có kế hoạch tiến hành các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, đã thực hiện trong nghiên cứu này với các loại thuốc có phân tử hơn.

“Sau khi hiểu biết kỹ lưỡng cấu hình thâm nhập của thuốc đối với các loại có phân tử thuốc lớn hơn nhiều, chúng tôi sẽ tìm kiếm những ứng viên thuốc nào, như hormone hoặc insulin, có thể được cung cấp bằng công nghệ này, phát triển một giải pháp thay thế không gây đau đớn cho những bệnh nhân hiện đang buộc phải ttiêm thuốc vào cơ thể hàng ngày,” ông Shah nói.

Nghiên cứu được tài trợ bởi Quỹ khoa học quốc gia, Giải thưởng Khoa không nhiệm kỳ 3M, Chương trình cầu nối Sagol Weizmann-MIT, Texas Instruments, Inc., Hiệp hội phòng thí nghiệm truyền thông MIT và Học bổng sau đại học của Trung tâm Bionics K. Lisa Yang.