Omdanne injicerbare lægemidler til inhalerbare behandlinger ved hjælp af smarttelefonkomponenter

Tænk, hvis alle børnevacciner kunne leveres med en inhalator frem for skud; eller at tørre tuberkulosebakterier væk i patientens lunger med en inhalator; eller desinficering af et hospitalsrum grundigt med en diffusor.

Dette er målene for et forskerhold ledet af professor James Friend i Institut for Mekanisk og Rumfartsteknik ved University of California San Diego. Deres indsats blev for nylig forstærket, da Friend modtog en prestigefyldt $ 900, 000 forskningsbevillinger fra Keck Foundation, hvis mission er at støtte banebrydende opdagelser inden for videnskab, teknik og medicinsk forskning.

"Vores mål er at gøre injicerbare behandlinger inhalerbare, "Ven sagde." Dette ville låse op for en hel klasse af nye behandlinger. "

For eksempel, i kliniske rammer, kraftfulde desinfektionsmidler kunne leveres via diffusorer i hospitalsrum for at fjerne skadelige bakterier. En helt ny klasse af lægemidler kunne leveres til patienter via inhalatorer. Endelig, en hel række nye materialer kunne bruges til 3D-print.

I øjeblikket, væsker kan forstøves på mange forskellige måder, for eksempel ved mekaniske midler som i parfume- og kølnesprøjter, eller ved hjælp af ultralyd. Men alle disse metoder fungerer enten ikke godt med meget viskøse væsker som olie eller honning, eller de kræver for meget strøm, eller nedbryde nogle af væskernes aktive ingredienser. De kræver også dyrt udstyr.

Metoden udviklet af Friend og kolleger bruger enheder, der findes i smartphones, der producerer akustiske bølger. I telefonerne, disse enheder bruges hovedsageligt til at filtrere det trådløse mobilsignal og identificere og filtrere stemme- og datainformation.

I laboratoriet, Friend og hans team brugte enhederne til at generere lydbølger ved ekstremt høje frekvenser - fra 100 millioner til 10 milliarder Hertz - for at skabe flydende kapillarbølger, som igen udsender dråber, genererer tåge. Denne proces kaldes atomisering. Forskernes gennembrud er baseret på evnen til at atomisere væsker, der tidligere har været anset for for tyktflydende til processen.

Den nye metode løfter om dramatisk at sænke omkostningerne til udvikling af inhalerede lægemidler ved at bruge smarttelefonkomponenter, der er billige. I øjeblikket, omkostningerne til udvikling af inhalerede lægemidler er $ 300 millioner over en periode på tre år.

Forskere testede med succes atomiseringsmetoden på et kraftigt desinfektionsmiddel, Triethylenglycol, eller TEG, som aldrig var blevet atomiseret før alene (det er normalt opløst i vand).

Ingen havde før observeret, hvordan væsker opførte sig, når de udsættes for så høje lydfrekvenser. Forskere ledet af Friend opdagede, at ligningerne, der blev brugt til at forudsige bølgedannelse i væsker, ikke virkede til deres eksperimenter - faktisk de er slukket af flere størrelsesordener. Noget af den matematik stammer mere end 150 år tilbage, til eksperimenter af den britiske fysiker og kemiker Michael Faraday.

Keck-tilskuddet vil give forskere mulighed for at erhverve de banebrydende teknologier samt arbejdsstyrken, de har brug for til at finde ud af den rigtige matematik til at beskrive og forudsige atomisering ved så høje frekvenser. Dette vil igen give forskere mulighed for at anvende deres nye metode på et bredere udvalg af materialer, oplåsning af nye applikationer.