दवा वितरण में माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम (एमईएमएस)

दवा वितरण का मतलब है सही दवा की सही खुराक को सही जगह पर सही दर और समय पर पहुंचाकर उपचार की प्रभावकारिता और सुरक्षा में सुधार करना। दवा वितरण के तरीके कई सैकड़ों वर्षों से मौजूद हैं; मिस्र के चिकित्सकों ने मौखिक गोलियाँ और मलहम बनाए, और चिकित्सकों ने 1657 में संचार प्रणाली के पहली बार वर्णन के बाद अंतःशिरा वितरण का उपयोग करना शुरू किया। नियंत्रित रिलीज तकनीकें मध्य-1900 के दशक की हैं। [1]

दवा वितरण प्रणाली का उपयोग करने के लाभों में शामिल हैं: [1, 2]

• लंबी अवधि तक डिलीवरी

• अधिक रोगी सुविधा

• अन्यथा कठिन-से-तैयार दवाओं का वितरण, जैसे कि बड़े जैव-अणु, खराब जल-घुलनशील दवाएं, या संकीर्ण चिकित्सीय खिड़की वाली दवाएं

• शारीरिक बाधाओं के पार दवा पहुंचाना, उदाहरण के लिए त्वचा, रक्त-मस्तिष्क बाधा और रक्त-रेटिना बाधा

• स्थानीयकृत वितरण से प्रणालीगत विषाक्तता कम होती है और दवाओं की खुराक कम हो जाती है।

दवा वितरण विकास के सामने आने वाली चुनौतियाँ इस प्रकार हैं: [1-3]

• जटिल खुराक अनुसूचियों या व्यक्तिगत खुराक को वितरण प्रणाली में शामिल करना और नियंत्रित करना

• आवधिक जैविक उतार-चढ़ाव से प्रेरित परिवर्तनशील दवा प्रतिक्रियाओं से निपटना

• बहु-औषधि व्यवस्था प्रदान करना

• वितरण प्रणाली में दवा को स्थिर रखना।

दवा वितरण प्रणालियां जैल और पैच से लेकर माइक्रोस्फीयर और नैनोकणों से लेकर बाह्य या प्रत्यारोपित पंप और माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम (एमईएमएस) जैसे जटिल उपकरणों तक फैली हुई हैं।

माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल प्रणालियों का परिचय

MEMS छोटे, एकीकृत उपकरण हैं जो विद्युत और यांत्रिक घटकों को जोड़ते हैं, और माइक्रोफ्लुइडिक्स और इलेक्ट्रॉनिक्स लघुकरण में प्रगति द्वारा संभव बनाया गया है। ये बिना किसी हिलने वाले हिस्से वाली सरल प्रणालियों से लेकर अत्यधिक जटिल प्रणालियों तक हैं। MEMS को बायोकम्पैटिबल सामग्रियों का उपयोग करके एसेप्टिक रूप से निर्मित किया जा सकता है, और उन्हें हर्मेटिक रूप से सील किया जा सकता है। MEMS दवावितरणउपकरण में आम तौर पर तीन घटक होते हैं: दवा कक्ष, दवा रिलीज तंत्र और पैकेजिंग, और इसमें सेंसर, चैनल, पंप, वाल्व, सुई, झिल्ली और एकल या एकाधिक दवा भंडार शामिल हो सकते हैं। [1-5]

MEMS डिवाइस प्रत्यारोपित या पहनने योग्य हो सकते हैं, और पुरानी और दीर्घकालिक बीमारी में इनका उपयोग किया जा सकता है। वे विशिष्ट स्थानों पर दवाएँ पहुँचा सकते हैं, और कुछ एक से अधिक दवाएँ पहुँचा सकते हैं। एकीकृत सेंसर वाले वे महत्वपूर्ण संकेतों या बायोमार्करों का पता लगाने के आधार पर रोगी की ज़रूरतों के अनुसार डिलीवरी दर को अनुकूलित कर सकते हैं। [1, 5, 6]

MEMS छोटे और हल्के होते हैं और इन्हें आसानी से इलेक्ट्रिकल और इलेक्ट्रॉनिक सर्किट के साथ एकीकृत किया जा सकता है। MEMS डिवाइस संचालित या गैर-संचालित हो सकते हैं। संचालित MEMS में कम बिजली की खपत होती है, और ये स्वयं संचालित हो सकते हैं। हालाँकि, MEMS डिवाइस में कई कमियाँ हैं। वे नाजुक हो सकते हैं, और संदूषण, थकान, घर्षण या पहनने के परिणामस्वरूप विफल हो सकते हैं। [5]

गैर-संचालित एमईएमएस दवा वितरण

गैर-संचालित MEMS डिवाइस संचालित डिवाइस से छोटे हो सकते हैं क्योंकि उन्हें बिजली की आपूर्ति की आवश्यकता नहीं होती है। उनकी डिलीवरी दर को विभिन्न सामग्रियों या दवा निर्माण के उपयोग और डिलीवरी साइट पर पर्यावरणीय गुणों द्वारा संशोधित किया जा सकता है। हालाँकि, उनकी रिलीज़ दर कम हो सकती है, और वे केवल बाहरी उत्तेजनाओं पर धीरे-धीरे प्रतिक्रिया करते हैं। प्रशासन के बाद डिलीवरी दर को आम तौर पर बदला या रोका नहीं जा सकता है। गैर-संचालित तरीकों में निष्क्रिय प्रसार उपकरण, आसमाटिक दबाव, हाइड्रोजेल और माइक्रोनीडल शामिल हैं। [1]

संचालित MEMS दवा वितरण

संचालित MEMS डिवाइस अधिक जटिल होते हैं और अक्सर गैर-संचालित डिवाइस की तुलना में बड़े होते हैं, लेकिन उनकी रिलीज़ दर अधिक होती है, प्रतिक्रियाएँ तेज़ होती हैं और उन्हें बाहरी रूप से नियंत्रित किया जा सकता है। माइक्रोपंप इलेक्ट्रोमैग्नेटिक, पीज़ोइलेक्ट्रिक, इलेक्ट्रोस्टैटिक, थर्मोन्यूमेटिक, बाईमेटेलिक, इलेक्ट्रोकेमिकल हो सकते हैं या अन्य तरीकों के अलावा थर्मल/शेप मेमोरी एलॉय का उपयोग कर सकते हैं। [1]

संचालित दवा वितरण उपकरण चिकित्सकों को वास्तविक समय की निगरानी और भौतिक सेंसर के माध्यम से दवा वितरण को सटीक रूप से तैयार करने की अनुमति देते हैं। उदाहरण के लिए, निरंतर ग्लूकोज निगरानी के साथ इंसुलिन पंप को जोड़ने वाले बाहरी अग्न्याशय को स्मार्टफोन या टैबलेट के माध्यम से बाहरी रूप से प्रोग्राम और मॉनिटर किया जा सकता है। [1]

एमईएमएस अनुप्रयोग: मस्तिष्क तक दवा पहुंचाना

न्यूरोडीजेनेरेटिव डिसऑर्डर, स्ट्रोक और ब्रेन कैंसर सहित केंद्रीय तंत्रिका तंत्र विकारों के लिए प्रभावी उपचार विकसित करना, मस्तिष्क तक दवा पहुँचाने पर निर्भर करता है। हालाँकि, मस्तिष्क रक्त-मस्तिष्क अवरोध, रक्त-मस्तिष्कमेरु द्रव अवरोध और एराक्नॉइड अवरोध द्वारा बहुत प्रभावी ढंग से सुरक्षित है, और इन्हें पार करना एक चुनौती है। MEMS सिस्टम जो प्रत्यारोपित करने के लिए काफी छोटे हैं, उन्हें बहुत सटीकता के साथ बाहरी रूप से नियंत्रित किया जा सकता है, और एक या अधिक दवाएँ पहुँचा सकते हैं, एक संभावित समाधान प्रदान करते हैं। [7, 8]

मस्तिष्क तक एमईएमएस दवा पहुंचाने के संभावित तरीकों में एक वायरलेस नियंत्रित इलेक्ट्रोलाइटिक जांच शामिल है जो मस्तिष्क के गहरे क्षेत्र में दवा पहुंचा सकती है, ग्लियोब्लास्टोमा में कीमोथेरेपी दवा की इंट्राट्यूमरल डिलीवरी, या एक नरम बायोडिग्रेडेबल इलेक्ट्रॉनिक डिवाइस का उपयोग करके मस्तिष्क ट्यूमर में इंट्राक्रैनील दवा पहुंचाना, जहां दवा की डिलीवरी वायरलेस तरीके से शुरू होती है और फिर एक निश्चित समय अवधि के बाद एमईएमएस बायोडिग्रेड हो जाता है। [9-11]

एमईएमएस अनुप्रयोग: त्वचा के माध्यम से दवा वितरण

त्वचा के पार दवा पहुंचाना एक गैर-आक्रामक मार्ग है, और रोगियों और देखभाल करने वालों के लिए सुविधाजनक है। स्ट्रेटम कॉर्नियम शरीर की रक्षा की पहली पंक्ति है, जो पानी को बनाए रखती है और शरीर को रोगजनकों से बचाती है। यह ट्रांसडर्मल बनाता हैवितरणचुनौतीपूर्ण। ट्रांसडर्मल पैच जिसमें रासायनिक मर्मज्ञ सामग्री शामिल होती है, त्वचा की एलर्जी, सूजन और जलन से जुड़ी हो सकती है, और ये दवा के पालन को प्रभावित करती है। [12]

सैकड़ों माइक्रोनीडल्स से बनी एरे स्ट्रेटम कॉर्नियम में प्रवेश कर सकती हैं और दर्द रहित तरीके से छोटे अणुओं, प्रोटीन, पेप्टाइड्स, हार्मोन, आनुवंशिक सामग्री और टीकों सहित दवाओं को ट्रांसडर्मली और इंट्राडर्मली पहुंचा सकती हैं। दृष्टिकोण में शामिल हैं: [1, 3, 13]

• सिलिकॉन, धातु, कांच, सिरेमिक या पॉलिमर से बने ठोस माइक्रोनीडल्स का उपयोग पैच के माध्यम से ट्रांसडर्मल अवशोषण में सुधार करने के लिए स्ट्रेटम कॉर्नियम को छेदने के लिए किया जा सकता है।

दवा लेपित ठोस माइक्रोनीडल्स दवा को त्वचा में घुलने देते हैं।

• कार्बोहाइड्रेट या पॉलीमर आधारित माइक्रोनीडल्स दवा को शामिल करते हैं और एक बार डालने पर टूट जाते हैं, जिससे दवा त्वचा में प्रवेश कर जाती है।

• सिलिकॉन, धातु या कांच से बने खोखले माइक्रोनीडल्स एक नली के रूप में कार्य करते हैं, जो भंडार से दवा पहुंचाते हैं।

• हाइड्रोजेल माइक्रोनीडल्स त्वचा को छेदते हैं और सूज जाते हैं, जिससे दवा निकलती है।

एमईएमएस अनुप्रयोग: आंखों तक दवा पहुंचाना

मस्तिष्क की तरह, आंख भी जैविक बाधाओं से सुरक्षित है और डिलीवरी चुनौतीपूर्ण है। बाहरी रूप से लगाए गए चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करके संचालित एक एक्स विवो डिवाइस संभावित रूप से स्क्लेरा, कोरॉइड और रेटिना तक दवा पहुंचा सकता है। [14] माइक्रोनीडल्स में भी आंखों तक दवा पहुंचाने की क्षमता है। अध्ययन किए गए तरीकों में दवा ले जाने वाली घुलनशील सुइयों के साथ एक संपर्क लेंस के रूप में एक पैच, जीवाणु संक्रमण के लिए एंटीबायोटिक क्रायोनिडल्स और नैनोपार्टिकल-लोडेड माइक्रोनीडल्स शामिल हैं, जो आयनटोफोरेसिस का उपयोग करके आंख के पीछे दवाओं को प्रशासित करने में मदद करते हैं। [13]

संदर्भ

1. कोबो, ए., आर. शेयबानी, और ई. मेंग, एमईएमएस: सक्षम दवा वितरण प्रणाली। एडव हेल्थक मेटर, 2015. 4(7): पृ. 969-82.

2. मेंडोज़ा, एलएवी, एट अल., नियंत्रित दवा रिलीज़ अनुप्रयोगों के लिए माइक्रो-इलेक्ट्रो-मैकेनिकल उपकरणों में हालिया प्रगति। फ्रंट बायोएंग बायोटेक्नोलोजी, 2020. 8: पृष्ठ 827.

3. ली, एचजे, एट अल., ड्रग डिलीवरी के लिए एमईएमएस डिवाइस। एडव ड्रग डिलीवरी रिव्यू, 2018. 128: पृ. 132-147.

4. पांडे, वाई. और एसपी सिंह, बायो-एमईएमएस में हालिया प्रगति और भविष्य की संभावनाएँ: एक अवलोकन। जर्नल ऑफ द इंस्टीट्यूशन ऑफ इंजीनियर्स (इंडिया): सीरीज बी, 2023. 104: पृ. 1377-1388.

5. चिरकोव, सी. और एएम ग्रुमेज़ेस्कु, बायोमेडिकल अनुप्रयोगों के लिए माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम (एमईएमएस)। माइक्रोमशीन (बेसल), 2022. 13(2)।

6. मिश्रा, ए., ड्रग डिलीवरी डिवाइस के लिए उभरते बाजार के रुझान। ड्रग डिलीवरी लीडर, 5 अक्टूबर 2023। यहाँ से उपलब्ध: https://www.drugdeliveryleader.com/doc/emerging-market-trends-for-drug-delivery-devices-0001.

7. तियान, एम., जेड. मा, और जीजेड यांग, मस्तिष्क तक नियंत्रण योग्य दवा वितरण के लिए माइक्रो/नैनोसिस्टम। इनोवेशन (कैम्ब), 2024. 5(1): पृ. 100548.

8. विलारुएल मेंडोज़ा, एल.ए., एट अल., नियंत्रित दवा रिलीज़ अनुप्रयोगों के लिए माइक्रो-इलेक्ट्रो-मैकेनिकल उपकरणों में हालिया प्रगति। फ्रंट बायोएंग बायोटेक्नोलोजी, 2020. 8: पृष्ठ 827.

9. यूं, वाई., एट अल., सामाजिक रूप से बातचीत करने वाले चूहों में द्वि-दिशात्मक वायरलेस दवा वितरण और इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी द्वारा व्यवहारिक न्यूरोफार्माकोलॉजी के लिए न्यूरल जांच प्रणाली। नैट कम्यून, 2022. 13(1): पृष्ठ 5521।

10. सक्सेना, वी., डीएनएट्रिक्स ने ग्लियोब्लास्टोमा में सीधे दवा वितरण के लिए एल्सीओन के एमईएमएस प्लेटफॉर्म का उपयोग करने के लिए समझौते पर हस्ताक्षर किए। फियर्स फार्मा, 26 मई 2015. यहां से उपलब्ध: https://www.fiercepharma.com/drug-delivery/dnatrix-signs-agreement-to-utilize-alcyone-s-mems-platform-for-direct-drug-delivery.

11. सिचा, आई., एट अल., बायोमेडिकल अनुप्रयोगों के लिए नई सामग्री के रूप में बायोसेंसर-एकीकृत दवा वितरण प्रणाली। बायोमोलेक्यूल्स, 2022. 12(9)।

12. मर्फ़्री, एमबी, जेएच मियाओ, और पीएम ज़िटो, हिस्टोलॉजी, स्ट्रेटम कॉर्नियम, स्टेटपर्ल्स में। 2024: ट्रेजर आइलैंड (एफएल)।

13. उमेयोर, सी.ई., एट अल., बायोमिमेटिक माइक्रोनीडल्स: दवाओं, पेप्टाइड्स और प्रोटीन की सटीक डिलीवरी के लिए माइक्रोफैब्रिकेटेड सिस्टम पर हाल की प्रगति की खोज। फ्यूचर जर्नल ऑफ फार्मास्युटिकल साइंसेज, 2023. 9: पृष्ठ 103।

14. पिरमोराडी, एफ.एन., एट अल., मेम्स डिवाइस का उपयोग करके मानव नेत्र ऊतक में एंटीएंजियोजेनिक दवा की नियंत्रित डिलीवरी। 2013 IEEE 26वां अंतर्राष्ट्रीय सम्मेलन माइक्रो इलेक्ट्रो मेच सिस्ट MEMS 2013 (2013), 2013. 2013.