ระบบนำส่งยาแบบวงปิดสามารถปรับปรุงเคมีบำบัดได้

เมื่อผู้ป่วยโรคมะเร็งได้รับเคมีบำบัด ปริมาณยาส่วนใหญ่จะคำนวณตามพื้นที่ผิวร่างกายของผู้ป่วย ตัวบ่งชี้นี้ประมาณโดยใช้สมการแทนที่ส่วนสูงและน้ำหนักของผู้ป่วย สมการนี้จัดทำขึ้นในปี 1916 โดยอาศัยข้อมูลจากผู้ป่วยเพียงเก้าราย

แนวทางง่ายๆ ในการให้ยานี้ไม่ได้คำนึงถึงปัจจัยอื่นๆ และอาจส่งผลให้ผู้ป่วยได้รับการสั่งยามากเกินไปหรือน้อยเกินไป เป็นผลให้ผู้ป่วยบางรายอาจประสบกับความเป็นพิษมากเกินไปหรือขาดประสิทธิภาพจาก เคมีบำบัด

เพื่อปรับปรุงความแม่นยำของการให้ยาเคมีบำบัด วิศวกรของ MIT ได้พัฒนาแนวทางอื่นที่ช่วยให้สามารถปรับขนาดยาให้เหมาะกับผู้ป่วยแต่ละรายได้ ระบบจะวัดปริมาณยาในร่างกายของผู้ป่วย และข้อมูลนี้จะถูกป้อนเข้าไปในตัวควบคุม ซึ่งสามารถปรับอัตราการให้ยาได้ตามนั้น

แนวทางนี้อาจช่วยชดเชยความแตกต่างทางเภสัชจลนศาสตร์ของยาที่เกิดจากองค์ประกอบของร่างกาย ความบกพร่องทางพันธุกรรม ความเป็นพิษต่ออวัยวะที่เกิดจากเคมีบำบัด ปฏิกิริยากับยาและอาหารอื่นๆ และความผันผวนของเอนไซม์ในร่างกายที่ทำหน้าที่สลายยาเคมีบำบัด นักวิจัยกล่าว หน้า>

"ด้วยการตระหนักถึงความก้าวหน้าในการทำความเข้าใจวิธีการเผาผลาญยาและการใช้เครื่องมือทางวิศวกรรมเพื่อลดความซับซ้อนในการจ่ายยาเฉพาะบุคคล เราเชื่อว่าเราสามารถช่วยเปลี่ยนแปลงความปลอดภัยและประสิทธิผลของยาหลายชนิดได้" Giovanni Traverso ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกลที่ MIT กล่าวและ แพทย์ระบบทางเดินอาหารในโรงพยาบาล โรงพยาบาลบริกแฮมและโรงพยาบาลสตรีและผู้เขียนอาวุโสของการศึกษาวิจัยนี้

Louis DeRidder นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาจาก MIT เป็นผู้เขียนหลักของรายงานที่ตีพิมพ์ใน Med

การตรวจสอบอย่างต่อเนื่อง

ในการศึกษานี้ นักวิจัยมุ่งเน้นไปที่ยาที่เรียกว่า 5-fluorouracil ซึ่งใช้ในการรักษา มะเร็งลำไส้ใหญ่ และมะเร็งชนิดอื่นๆ โดยปกติแล้วจะใช้ยานี้ในระยะเวลา 46 ชั่วโมง และปริมาณยาจะกำหนดโดยใช้สูตรตามส่วนสูงและน้ำหนักของผู้ป่วย ซึ่งเป็นค่าประมาณของพื้นที่ผิวของร่างกาย

อย่างไรก็ตาม วิธีการนี้ไม่ได้คำนึงถึงความแตกต่างในองค์ประกอบของร่างกาย ซึ่งอาจส่งผลต่อการกระจายตัวของยาในร่างกาย หรือการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมที่ส่งผลต่อการเผาผลาญของยา ความแตกต่างเหล่านี้สามารถนำไปสู่ผลข้างเคียงที่เป็นอันตรายได้หากมียามากเกินไป หากยาไม่เพียงพอก็อาจไม่ฆ่าเนื้องอกตามที่คาดไว้

"คนที่มีพื้นที่ผิวร่างกายเท่ากันอาจมีส่วนสูงและน้ำหนักต่างกันมาก มีมวลกล้ามเนื้อหรือพันธุกรรมต่างกัน แต่ตราบใดที่ส่วนสูงและน้ำหนักใส่ในสมการนี้ให้พื้นที่ผิวร่างกายเท่ากัน ปริมาณรังสีก็จะเท่ากัน" DeRidder ผู้สมัครระดับปริญญาเอกสาขาวิศวกรรมการแพทย์และฟิสิกส์การแพทย์จากโครงการวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีด้านสุขภาพของ Harvard-MIT กล่าว

อีกปัจจัยหนึ่งที่สามารถเปลี่ยนปริมาณยาในเลือดได้ตลอดเวลาคือความผันผวนของเอนไซม์ที่เรียกว่าไดไฮโดรไพริมิดีน ดีไฮโดรจีเนส (DPD) ซึ่งสลาย 5-ฟลูออโรยูราซิล การแสดงออกของ DPD เช่นเดียวกับเอนไซม์อื่นๆ ในร่างกาย ถูกควบคุมโดยจังหวะการเต้นของหัวใจ ดังนั้นการสลายตัวของ 5-FU DPD จึงไม่คงที่ แต่จะแปรผันขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของวัน จังหวะการเต้นของหัวใจเหล่านี้อาจส่งผลให้ปริมาณ 5-ฟลูออโรยูราซิลในเลือดของผู้ป่วยผันผวนเป็นสิบเท่าในระหว่างการฉีดยา

"การใช้พื้นที่ผิวของร่างกายในการคำนวณปริมาณยาเคมีบำบัด เรารู้ว่าคนสองคนสามารถมีความเป็นพิษที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิงจาก 5-ฟลูออโรยูราซิล ผู้ป่วยรายหนึ่งสามารถมีรอบการรักษาที่มีความเป็นพิษน้อยที่สุด จากนั้นจึงรอบที่มีความเป็นพิษร้ายแรง มีบางอย่างเปลี่ยนแปลงวิธีการนี้ การรักษาด้วยเคมีบำบัดที่ผู้ป่วยได้รับการเผาผลาญจากรอบหนึ่งไปสู่อีกรอบหนึ่ง วิธีการจ่ายยาที่ล้าสมัยของเราไม่สามารถจับการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ได้ และผลที่ตามมาก็คือผู้ป่วยต้องทนทุกข์ทรมาน” ดักลาส รูบินสัน แพทย์ด้านเนื้องอกวิทยาทางคลินิกของ Dana-Farber Cancer Institute และผู้เขียนรายงานกล่าว

วิธีหนึ่งในการพยายามชดเชยความแปรปรวนในเภสัชจลนศาสตร์ของเคมีบำบัดคือกลยุทธ์ที่เรียกว่าการติดตามยาเพื่อการรักษา ซึ่งผู้ป่วยจะให้ตัวอย่างเลือดเมื่อสิ้นสุดรอบการรักษาหนึ่งรอบ หลังจากที่ตัวอย่างนี้ได้รับการวิเคราะห์เพื่อหาความเข้มข้นของยาแล้ว หากจำเป็น คุณสามารถปรับขนาดยาได้ในช่วงเริ่มต้นของรอบถัดไป (โดยปกติคือหลังจากสองสัปดาห์สำหรับ 5-ฟลูออโรยูราซิล)

แนวทางนี้แสดงให้เห็นว่านำไปสู่ผลลัพธ์ที่ดีขึ้นสำหรับผู้ป่วย แต่ยังไม่ได้ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการรักษาด้วยเคมีบำบัด เช่น 5-fluorouracil

นักวิจัยของ MIT ต้องการพัฒนาการติดตามประเภทเดียวกัน แต่ด้วยวิธีอัตโนมัติที่สามารถปรับปริมาณยาให้เหมาะกับแต่ละบุคคลแบบเรียลไทม์ ซึ่งอาจนำไปสู่ผลลัพธ์ที่ดีขึ้นสำหรับผู้ป่วย

ในระบบวงปิด ความเข้มข้นของยาสามารถตรวจสอบได้อย่างต่อเนื่อง และข้อมูลนี้จะใช้เพื่อปรับอัตราการให้ยาเคมีบำบัดเข้าทางหลอดเลือดดำโดยอัตโนมัติ เพื่อรักษาขนาดยาไว้ภายในช่วงเป้าหมาย

ระบบวงปิดนี้ช่วยให้การจ่ายยาเป็นแบบเฉพาะบุคคล โดยคำนึงถึงจังหวะการเต้นของหัวใจของระดับการเปลี่ยนแปลงของเอนไซม์ในการเผาผลาญยา ตลอดจนการเปลี่ยนแปลงทางเภสัชจลนศาสตร์ของผู้ป่วยนับตั้งแต่การรักษาครั้งสุดท้าย เช่น ความเป็นพิษต่ออวัยวะที่เกิดจากเคมีบำบัด

เพื่อให้การให้ยาเคมีบำบัดแม่นยำยิ่งขึ้น วิศวกรของ MIT ได้พัฒนาวิธีการวัดปริมาณยาในร่างกายของผู้ป่วยอย่างต่อเนื่องในระหว่างการฉีดยาที่ใช้เวลานานหลายชั่วโมง ซึ่งจะช่วยชดเชยความแตกต่างที่เกิดจากองค์ประกอบของร่างกาย พันธุกรรม ความเป็นพิษของยา และความผันผวนของวงจรชีวิต ที่มา: จัดทำโดยนักวิจัย

ระบบใหม่ที่พัฒนาโดยนักวิจัย ซึ่งรู้จักกันในชื่อ CLAUDIA (เครื่องควบคุมการแช่ยาแบบอัตโนมัติแบบ Closed-Loop) ใช้อุปกรณ์ที่มีจำหน่ายในท้องตลาดสำหรับแต่ละขั้นตอน เราจะเก็บตัวอย่างเลือดทุกๆ ห้านาที และเตรียมพร้อมสำหรับการวิเคราะห์อย่างรวดเร็ว วัดความเข้มข้นของ 5-ฟลูออโรยูราซิลในเลือดและเปรียบเทียบกับช่วงเป้าหมาย

ความแตกต่างระหว่างเป้าหมายและความเข้มข้นที่วัดได้จะถูกป้อนลงในอัลกอริธึมควบคุม ซึ่งจะปรับอัตราการให้ยาหากจำเป็น เพื่อรักษาขนาดยาไว้ภายในช่วงความเข้มข้นที่ยามีประสิทธิผลและไม่เป็นพิษ

“เราได้พัฒนาระบบที่เราสามารถวัดความเข้มข้นของยาได้อย่างต่อเนื่องและปรับอัตราการให้ยาตามนั้น เพื่อรักษาความเข้มข้นของยาให้อยู่ในช่วงการรักษา” DeRidder กล่าว

การปรับอย่างรวดเร็ว

ในการทดสอบกับสัตว์ นักวิจัยพบว่าการใช้ CLAUDIA สามารถรักษาปริมาณยาที่ไหลเวียนในร่างกายให้อยู่ในช่วงเป้าหมายได้ประมาณ 45 เปอร์เซ็นต์ของเวลา

ระดับยาในสัตว์ที่ได้รับเคมีบำบัดโดยไม่มี CLAUDIA ยังคงอยู่ในช่วงเป้าหมายเพียง 13 เปอร์เซ็นต์ของเวลาโดยเฉลี่ย ในการศึกษานี้ ผู้วิจัยไม่ได้ทดสอบประสิทธิผลของระดับยา แต่เชื่อว่าการรักษาความเข้มข้นภายในหน้าต่างเป้าหมายจะส่งผลให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีขึ้นและความเป็นพิษน้อยลง

CLAUDIA ยังสามารถรักษาขนาดยา 5-ฟลูออโรยูราซิลไว้ในช่วงเป้าหมายได้ แม้ว่าจะได้รับยาที่ยับยั้งเอนไซม์ DPD ก็ตาม ในสัตว์ที่ได้รับการรักษาด้วยสารยับยั้งนี้โดยไม่มีการติดตามและปรับตัวอย่างต่อเนื่อง ระดับ 5-ฟลูออโรยูราซิลเพิ่มขึ้นเป็นแปดเท่า

สำหรับการสาธิตนี้ นักวิจัยดำเนินการแต่ละขั้นตอนของกระบวนการด้วยตนเองโดยใช้อุปกรณ์ที่มีจำหน่ายทั่วไป แต่ตอนนี้วางแผนที่จะทำให้แต่ละขั้นตอนเป็นอัตโนมัติเพื่อให้สามารถติดตามและปรับขนาดยาได้โดยไม่ต้องมีการแทรกแซงจากมนุษย์

ในการวัดความเข้มข้นของยา นักวิจัยได้ใช้โครมาโตกราฟี-แมสสเปกโตรเมทรีของเหลวประสิทธิภาพสูง (HPLC-MS) ซึ่งเป็นเทคนิคที่สามารถปรับใช้เพื่อตรวจจับยาแทบทุกประเภท

“เราจินตนาการถึงอนาคตที่เราสามารถใช้ CLAUDIA กับยาที่มีคุณสมบัติทางเภสัชจลนศาสตร์ที่เหมาะสมและตรวจพบได้โดย HPLC-MS ทำให้สามารถจ่ายยาเฉพาะบุคคลสำหรับยาหลายชนิดได้” DeRidder กล่าว