Actuation-dependent plume geometry in nasal spray delivery of lipid nanoparticles influences nasal deposition site and particle integrity
تُظهر هذه الدراسة أن تحسين كل من معايير التشغيل الميكانيكي لأجهزة الرش الأنفي وصياغة معلقات الجسيمات النانوية الدهنية أمر ضروري لتحقيق ترسيب أنفي متفوق ومستهدف في آن واحد لإيصال الحمض النووي الريبوزي المرسال (mRNA) من الأنف إلى الدماغ والحفاظ على سلامة الجسيمات.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
يعد إيصال الدواء إلى الدماغ أحد أصعب التحديات في الطب الحديث. فالدماغ محمي بجدار هائل يُعرف باسم الحاجز الدموي الدماغي، وهو نظام أمني يحجب جميع الجزيئات الكبيرة ومعظم الأدوية من الدخول. هذا الدفاع يحمي الدماغ من السموم، ولكنه يمنع أيضاً العلاجات المنقذة للحياة لأمراض مثل الزهايمر أو مرض باركنسون من الوصول إلى هدفها. لقد نظر العلماء طويلاً إلى الأنف كمدخل خلفي محتمل؛ لأن التجويف الأنفي يحتوي على مسارات عصبية مباشرة تؤدي مباشرة إلى الدماغ، مما يعني أن رش دواء داخل الأنف قد يسمح له بتجاوز الحاجز الدموي الدماغي تماماً. ومع ذلك، فإن الأنف عبارة عن نفق معقد ومتعرج؛ فإذا كان الرش خشناً للغاية أو أصاب المكان الخطأ، سيعلق الدواء في مقدمة الأنف وتجرفه آليات التنظيف الطبيعية في الجسم قبل أن يتمكن من السفر إلى الدماغ.
ولجعل عملية التوصيل من الأنف إلى الدماغ هذه ناجحة، يتجه الباحثون إلى الحمض النووي الريبوزي المرسال (mRNA)، وهي نفس التقنية المستخدمة في اللقاحات، ولكنها مغلفة داخل فقاعات صغيرة واقية تسمى الجسيمات النانوية الدهنية. هذه الفقاعات هشة، إذ يجب أن تظل سليمة وتحافظ على حمولتها مغلقة حتى تصل إلى الدماغ. والمشكلة هي أن عملية الرش نفسها — أي دفع السائل عبر فوهة صغيرة بسرعة عالية — يمكن أن تمزق هذه الفقاعات أو تسرب محتوياتها. تبحث دراسة جديدة من باحثين في جامعة تشونغبوك الوطنية في كوريا الجنوبية في كيفية موازنة هذه الاحتياجات المتضاربة؛ فقد أرادوا معرفة ما إذا كان بإمكانهم ضبط آلية الرش لتصيب المكان الصحيح في الأنف دون تدمير الدواء في هذه العملية، وما إذا كان إضافة مكونات معينة إلى السائل يمكن أن يساعد في حماية الجسيمات الهشة أثناء رحلتها.
استخدم الفريق مضخة رش أنفية ميكانيكية، من النوع الذي يعتمد على نابض (زمبرك) لدفع السائل للخارج، واختبرتها تحت ظروف متنوعة. فقد قاموا بتغيير قوة ضغط النابض، باستخدام قوى بلغت 4.8 و8.0 و11.2 نيوتن، وسرعة الضغط، التي تراوحت بين 80 إلى 180 ملم في الثانية. قاموا بتصوير الرش بالحركة البطيئة لرؤية شكل الرذاذ، وقياس حجم القطرات، ثم رشوا السائل داخل نموذج ثلاثي الأبعاد لأنف بشري ليروا بالضبط أين تهبط القطرات. كما تحققوا من سلامة جسيمات الـ mRNA النانوية قبل وبعد الرش لمعرفة ما إذا كانت العملية قد ألحقت بها ضرراً.
كشفت النتائج عن مقايضة دقيقة. فعندما ضغط الباحثون على النابض بقوة أكبر، أنتج الرش قطرات أصغر وأدق سافرت بقوة أكبر. هذه القطرات القوية والدقيقة كانت أفضل بكثير في الوصول إلى المناطق العليا من التجويف الأنفي، وتحديداً القرينة العلوية، وهي المنطقة الأقرب إلى الدماغ. ومع ذلك، فإن هذا الرش القوي نفسه ألحق الضرر بالجسيمات النانوية. فرغم أن الجسيمات بدت بنفس الحجم تقريباً بعد الرش، إلا أن كمية الـ mRNA المحتجزة داخلها انخفضت بشكل كبير. في الاختبارات الأكثر قوة، انخفضت كفاءة الجسيمات في الاحتفاظ بحمولتها من أكثر من 86 بالمائة إلى أقل من 55 بالمائة. وهذا يعني أن مجرد رفع مستوى القوة للوصول بالدواء إلى عمق أكبر في الأنف أدى في الواقع إلى تدمير جزء كبير من الجرعة.
وعلى العكس من ذلك، عندما ضغط الباحثون على الزر بشكل أسرع ولكن بقوة أقل، انتشر الرش على نطاق أوسع. هذا الرذاذ الواسع مال إلى إصابة الجزء الأوسط من الأنف بدلاً من الجزء العلوي، مما أدى إلى تفويت المنطقة المستهدفة لإيصال الدواء للدماغ. أظهرت الدراسة أن سرعة الضغط وقوة النابض يتحكمان في أجزاء مختلفة من الرش: حيث حددت السرعة مدى اتساع انتشار الرذاذ، بينما حددت القوة حجم القطرات. ولم يكن أي من الإعدادين وحده قادراً على حل المشكلة؛ فزيادة القوة ساعدت في الاستهداف ولكنها أضرت بالدواء، بينما تغيير السرعة لم يؤدِ إلا إلى تغيير مكان سقوط الرذاذ دون معالجة الضرر.
ولحل مشكلة الضرر، اختبر الباحثون إضافة مكونات مثبتة مختلفة إلى السائل، تماماً كما قد يضيف الطاهي بيضة إلى صلصة لمنع انفصالها. لقد جربوا ثلاث مواد مختلفة: حمض الهيالورونيك، ومشتق السليلوز، وكحول البولي فينيل. ساعدت المواد الثلاث في منع الجسيمات النانوية من التكتل مع بعضها البعض لتكوين كتل كبيرة عديمة الفائدة. وقد برز أحد المكونات، وهو كحول البولي فينيل، حيث حافظ عند إضافته بتركيز 0.5 بالمائة على سلامة الجسيمات النانوية من إجهاد الرش، مما حافظ على قدرتها على الاحتفاظ بالـ mRNA. ومن المثير للاهتمام أن إضافة هذا المكون لم تغير شكل رذاذ الرش، لكنها جعلت القطرات أكبر حجماً. هذه القطرات الأكبر قليلاً هبطت بثقل أكبر في منتصف الأنف، مما أظهر أن السائل نفسه يمكن أن يؤثر على مكان ذهاب الدواء، بشكل مستقل عن جهاز الرش.
تخلص الدراسة إلى أنه لا يمكنك تصميم جهاز الرش والدواء بشكل منفصل. فطريقة عمل المضخة والمكونات الموجودة في السائل مرتبطة بعلاقة حيث يؤثر أحدهما على الآخر. ولإيصال الـ mRNA بنجاح إلى الدماغ، يجب على المهندسين ضبط آلية الرش لتستهدف الجزء العلوي من الأنف، وفي الوقت نفسه تصميم السائل ليبقى صامداً أمام عملية الرش العنيفة. وجد الباحثون أنه بينما يمكن تعديل الجهاز لإصابة الهدف الصحيح، فإن التركيبة — أي المزيج المحدد من المكونات — هي التي تحمي في النهاية الحمولة الهشة. هذا النهج المتكامل، حيث يتم تطوير الآلة والدواء معاً، يقدم مساراً واقعياً لتحويل بخاخات الأنف إلى وسيلة قابلة للتطبيق لعلاج أمراض الدماغ.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.