با پيشرفت دانش‌ها و علوم مختلف, مرزهاي دانش به هم رسيده و در برخي از زمينه‌ها ما شاهد آميختگي علوم مختلف هستيم. يکي از اين زمينه‌هاي مهم و بسيار کاربردي و گسترده " مهندسي سيستم‌هاي رهايش دارو " است كه مرز مشترکي با بسياري از علوم از جمله: داروسازي, بيولوژي, بافت شناسي, آناليز رياضي, مهندسي پليمر, مهندسي بيومتريال و . . . دارد. اين زمينه يکي از جوان‌ترين موضوعات مطرح در علوم روز دنيا است که پيشرفت‌هاي چشمگيري را به همراه داشته و امروزه سهم عمده از تحقيقات مهندسان (به خصوص مهندسان بيومتريال) را به خود اختصاص داده است.
سيستم رهايش کنترل شده دارو چيست و چه اهميتي دارد؟
انچه از شنيدن نام دارو براي اولين بار به ذهن خطور مي‌کند شايد چيزي فراتر از قرص، کپسول و يا آمپول نباشد! در حاليكه دنياي دارو وروش‌هاي انتقال آن به بدن به همين‌ها خلاصه نمي‌گردد. معمولاً داروها به دو طريق گوارشي (ورود ازطريق دهان و جذب به سمت خون در طول لوله گوارشي) و غير گوارشي (تزريق, قطره‌هاي چشمي و . . .) وارد بدن مي‌شوند. ورود دارو از اين روش‌ها مشکلات و محدوديت‌هايي را به دنبال دارد و به همين دليل محققان در پي راه‌هايي بودند که بتواند مشکلات فوق را تا حد زيادي حل کند. به دنبال اين تلاش‌ها سيستم‌هاي رهايش کنترل شده دارو مطرح شد كه داراي مزاياي زيادي است. مهمترين اين مزايا شامل توانايي حفظ غلظت دارو در حدي نسبتاً ثابت براي مدتي مشخص، قابليت تنظيم سرعت آزاد شدن دارو وابسته به محل دارورساني، امكان رساندن دارو به يک عضو يا بافت خاص، توانايي رساندن چندين مادة دارويي با يک فرمولاسيون، امكان دارورساني در ابعاد نانومتري و . . .. اين سيستم‌ها انقلابي را در زمينه درمان بسياري از بيماري‌ها ايجاد نموده و در حال پيشرفت روز افزون است.
رهايش کنترل شدة دارو فرآيندي است که در آن يک مادة حامل پليمري يا سراميکي به طور حساب شده‌اي با دارو يا عامل فعال ترکيب شود تا عامل فعال در بدن به شکلي از پيش تعيين شده و دلخواه از اين ماده رها شود.
حال نقش مهندسي بيومتريال در اين زمينه چيست؟
همان‌طورکه در تعريف فوق ارايه شده, بخش عمده‌اي از اين سيستم‌ها شامل موادي است که به عنوان بستر قرارگيري دارو و يا محفظه‌اي جهت حبس دارو به کار مي‌روند و نقش بسزايي در روند رها شدن دارو, نرخ رهايش, نوع رهايش, غلظت دارو در بافت يا خون و . . . در کل هدايت پروسه دارورساني تحت کنترل مناسب دارد.
يک مهندس بيومتريال با کسب دانش‌هاي مناسب از جمله: شناخت مواد مختلف, نوع رفتار مواد و خواص مواد در مواجهه با سيستم بدن, محاسبات رياضي و مهندسي در زمينه عبور و نفوذ مواد در مواد ديگر و احاطه بر رفتارهاي بدن و مسيرهاي مختلف و موانع مختلف در عبور دارو در بدن مي‌تواند با انتخاب ماده‌اي مناسب که بتواند تمام انتظارات طراحي را فراهم کند يک سيستم مناسب را طراحي نمايد. از طرفي مهندسين بيومتريال اين قابليت را دارند که بتوانند خواص مواد مختلف را مناسب کاربرد مورد نظر تغيير دهند و يا اصلاح کنند.
امروزه رهايش دارو يکي از زمينه‌هاي کاري و تحقيقاتي بسيار وسيع در رشته مهندسي بيومتريال مي‌باشد و حضور و پيشرفت دانش‌هايي همچون: ژنتيک, نانو تکنولوژي و . . . نيز در کنار مهندسي بيومتريال زمينه‌هاي تحقيقاتي را گسترش داده به طوري که شاهد پيشرفت‌هاي چشمگيري نيز بوده‌ايم.
همان‌گونه كه مي‌دانيم سيستم‌هاي معمول رهايش دارو در بدن، عبارتند از قرص‌ها، كپسول‌ها، كرم‌ها، پمادها، محلول‌ها، ذرات معلق (سوسپانسيون‌ها و امولسيون‌ها) وسيستم‌هاي تزريقي كه استفاده از آنها با وعده‌هاي متناوب باعث ايجاد نوساناتي در غلظت داروي خون (گاهي بين دو حد سمي و درماني) مي‌كند (شكل 1) كه اين مشكل علاوه بر مسائلي نظير درد تزريق و مشكل بلع قرص‌ها توسط برخي از بيماران موجب توجه به روشهاي مناسب انتقال دارو گرديد. سطح درماني دارو بايد در بيمار به اندازه‌اي باشد كه تا زمان مصرف بعدي دارو، نياز بيمار را برآورده كند. اما متأسفانه مشاهده مي‌شود كه كاهش يا افزايش بي‌رويه‌ي سطح دارو در بدن، تأثير گذاري آنرا تحت تأثير قرار مي‌دهد. در حقيقت بعد از وارد شدن ناگهاني دارو به بدن، در اين حالات مقدار دارو در سيستم گردش خون يا محل تزريق افزايش مي‌يابد كه اين امر خود مي تواند در بعضضي داروهاي سمي ايجاد سمتيت كند. به اين دليل، تكنولوژي‌هاي رهايش آهسته و كنترل شده دارو با هدف كنترل نرخ رهايش دارو و هدف‌مند شدن رهايش دارو به سمت يك بافت يا محل خاص مطرح گرديد. البته استفاده از اين سيستم‌ها محدوديت‌هايي نيز ايجاد مي‌كند كه ممكن است شامل پيدايش مسموميت‌هاي جديد در اثر بكار بردن مواد تازه در بدن همراه با داروها، تأخير در پراكنده شدن دارو و نياز به آزمايش‌هاي جديد براي بررسي حامل دارويي است.
شكل 1: نمودار غلظت دارو در خون برحسب زمان براي اشكال مختلف انتقال
مواد شيميايي كشاورزي نظير سموم، باروركننده‌ها، علف‌كشها و مواد گازي فرار ضدعفوني‌كننده براي دفع آفات نيز در صورت به كارگيري مستقيم نتايج مشابهي را به وجود مي‌آورند. روش سنتي براي حل اين مشكلات و افزايش دوام و بازده مواد فعال بيولوژيكي براساس اصلاح خود آنها بوده است ولي اين روش مشكل، زمانبر و غيراقتصادي مي‌باشد. در سالهاي اخير روشهاي استفاده بهينه از اين مواد تحت عنوان كلي رهايش كنترل شده مورد توجه روزافزوني قرار گرفته‌اند. رهايش كنترل شده فني است كه به وسيله آن مواد شيمياي فعال در يك دوره زماني مناسب و با سرعتي كنترل شده براي ايجاد يك اثر مطلوب در دسترس عضو موردنظر قرار مي‌گيرند. تعريف قابل قبولتر ديگر از نظر علمي چنين است: انتقال منظم ماده فعال از يك مخزن به سطح هدف به طوري كه غلظت مطلوب در سطح مذكور در دورة زماني مشخصي ثابت بماند. از جمله مزاياي اين فن استفاده بهينه از ماده فعال، امكان هدف‌گيري به سمت عضو موردنظر، كاهش دفعات مصرف دارو و كاهش عوارض جانبي مي‌باشند. بخش اصلي يك سيستم رهايش كنترل شده شامل يك ماده فعال (دارو، باروركننده و غيره) و يك حامل سازگار با ماده فعال (عموماً يك ماده پليمري) است كه بايد به ماده فعال اجازه دهد تا در يك دوره زماني معين و با سرعتي كنترل شده در محل موردنظر رها شود.
سيستم رهايش کنترل شده دارو چيست و چه اهميتي دارد؟
انچه از شنيدن نام دارو براي اولين بار به ذهن خطور مي‌کند شايد چيزي فراتر از قرص، کپسول و يا آمپول نباشد! در حاليكه دنياي دارو وروش‌هاي انتقال آن به بدن به همين‌ها خلاصه نمي‌گردد. معمولاً داروها به دو طريق گوارشي (ورود ازطريق دهان و جذب به سمت خون در طول لوله گوارشي) و غير گوارشي (تزريق, قطره‌هاي چشمي و . . .) وارد بدن مي‌شوند. ورود دارو از اين روش‌ها مشکلات و محدوديت‌هايي را به دنبال دارد و به همين دليل محققان در پي راه‌هايي بودند که بتواند مشکلات فوق را تا حد زيادي حل کند. به دنبال اين تلاش‌ها سيستم‌هاي رهايش کنترل شده دارو مطرح شد كه داراي مزاياي زيادي است. مهمترين اين مزايا شامل توانايي حفظ غلظت دارو در حدي نسبتاً ثابت براي مدتي مشخص، قابليت تنظيم سرعت آزاد شدن دارو وابسته به محل دارورساني، امكان رساندن دارو به يک عضو يا بافت خاص، توانايي رساندن چندين مادة دارويي با يک فرمولاسيون، امكان دارورساني در ابعاد نانومتري و . . .. اين سيستم‌ها انقلابي را در زمينه درمان بسياري از بيماري‌ها ايجاد نموده و در حال پيشرفت روز افزون است.
رهايش کنترل شدة دارو فرآيندي است که در آن يک مادة حامل پليمري يا سراميکي به طور حساب شده‌اي با دارو يا عامل فعال ترکيب شود تا عامل فعال در بدن به شکلي از پيش تعيين شده و دلخواه از اين ماده رها شود.
حال نقش مهندسي بيومتريال در اين زمينه چيست؟
همان‌طورکه در تعريف فوق ارايه شده, بخش عمده‌اي از اين سيستم‌ها شامل موادي است که به عنوان بستر قرارگيري دارو و يا محفظه‌اي جهت حبس دارو به کار مي‌روند و نقش بسزايي در روند رها شدن دارو, نرخ رهايش, نوع رهايش, غلظت دارو در بافت يا خون و . . . در کل هدايت پروسه دارورساني تحت کنترل مناسب دارد.
يک مهندس بيومتريال با کسب دانش‌هاي مناسب از جمله: شناخت مواد مختلف, نوع رفتار مواد و خواص مواد در مواجهه با سيستم بدن, محاسبات رياضي و مهندسي در زمينه عبور و نفوذ مواد در مواد ديگر و احاطه بر رفتارهاي بدن و مسيرهاي مختلف و موانع مختلف در عبور دارو در بدن مي‌تواند با انتخاب ماده‌اي مناسب که بتواند تمام انتظارات طراحي را فراهم کند يک سيستم مناسب را طراحي نمايد. از طرفي مهندسين بيومتريال اين قابليت را دارند که بتوانند خواص مواد مختلف را مناسب کاربرد مورد نظر تغيير دهند و يا اصلاح کنند.
امروزه رهايش دارو يکي از زمينه‌هاي کاري و تحقيقاتي بسيار وسيع در رشته مهندسي بيومتريال مي‌باشد و حضور و پيشرفت دانش‌هايي همچون: ژنتيک, نانو تکنولوژي و . . . نيز در کنار مهندسي بيومتريال زمينه‌هاي تحقيقاتي را گسترش داده به طوري که شاهد پيشرفت‌هاي چشمگيري نيز بوده‌ايم.
همان‌گونه كه مي‌دانيم سيستم‌هاي معمول رهايش دارو در بدن، عبارتند از قرص‌ها، كپسول‌ها، كرم‌ها، پمادها، محلول‌ها، ذرات معلق (سوسپانسيون‌ها و امولسيون‌ها) وسيستم‌هاي تزريقي كه استفاده از آنها با وعده‌هاي متناوب باعث ايجاد نوساناتي در غلظت داروي خون (گاهي بين دو حد سمي و درماني) مي‌كند (شكل 1) كه اين مشكل علاوه بر مسائلي نظير درد تزريق و مشكل بلع قرص‌ها توسط برخي از بيماران موجب توجه به روشهاي مناسب انتقال دارو گرديد. سطح درماني دارو بايد در بيمار به اندازه‌اي باشد كه تا زمان مصرف بعدي دارو، نياز بيمار را برآورده كند. اما متأسفانه مشاهده مي‌شود كه كاهش يا افزايش بي‌رويه‌ي سطح دارو در بدن، تأثير گذاري آنرا تحت تأثير قرار مي‌دهد. در حقيقت بعد از وارد شدن ناگهاني دارو به بدن، در اين حالات مقدار دارو در سيستم گردش خون يا محل تزريق افزايش مي‌يابد كه اين امر خود مي تواند در بعضضي داروهاي سمي ايجاد سمتيت كند. به اين دليل، تكنولوژي‌هاي رهايش آهسته و كنترل شده دارو با هدف كنترل نرخ رهايش دارو و هدف‌مند شدن رهايش دارو به سمت يك بافت يا محل خاص مطرح گرديد. البته استفاده از اين سيستم‌ها محدوديت‌هايي نيز ايجاد مي‌كند كه ممكن است شامل پيدايش مسموميت‌هاي جديد در اثر بكار بردن مواد تازه در بدن همراه با داروها، تأخير در پراكنده شدن دارو و نياز به آزمايش‌هاي جديد براي بررسي حامل دارويي است.
شكل 1: نمودار غلظت دارو در خون برحسب زمان براي اشكال مختلف انتقال
مواد شيميايي كشاورزي نظير سموم، باروركننده‌ها، علف‌كشها و مواد گازي فرار ضدعفوني‌كننده براي دفع آفات نيز در صورت به كارگيري مستقيم نتايج مشابهي را به وجود مي‌آورند. روش سنتي براي حل اين مشكلات و افزايش دوام و بازده مواد فعال بيولوژيكي براساس اصلاح خود آنها بوده است ولي اين روش مشكل، زمانبر و غيراقتصادي مي‌باشد. در سالهاي اخير روشهاي استفاده بهينه از اين مواد تحت عنوان كلي رهايش كنترل شده مورد توجه روزافزوني قرار گرفته‌اند. رهايش كنترل شده فني است كه به وسيله آن مواد شيمياي فعال در يك دوره زماني مناسب و با سرعتي كنترل شده براي ايجاد يك اثر مطلوب در دسترس عضو موردنظر قرار مي‌گيرند. تعريف قابل قبولتر ديگر از نظر علمي چنين است: انتقال منظم ماده فعال از يك مخزن به سطح هدف به طوري كه غلظت مطلوب در سطح مذكور در دورة زماني مشخصي ثابت بماند. از جمله مزاياي اين فن استفاده بهينه از ماده فعال، امكان هدف‌گيري به سمت عضو موردنظر، كاهش دفعات مصرف دارو و كاهش عوارض جانبي مي‌باشند. بخش اصلي يك سيستم رهايش كنترل شده شامل يك ماده فعال (دارو، باروركننده و غيره) و يك حامل سازگار با ماده فعال (عموماً يك ماده پليمري) است كه بايد به ماده فعال اجازه دهد تا در يك دوره زماني معين و با سرعتي كنترل شده در محل موردنظر رها شود.