Un cerotto indossabile in grado di rilevare il Fentanile rilasciare automaticamente il naloxone potrebbe offrire una nuova soluzione per prevenire le morti per overdose da oppioidi in assenza di testimoni.
Un dispositivo più piccolo di una moneta da un centesimo è stato progettato per riconoscere una pericolosa esposizione al Fentanil e rilasciare automaticamente un farmaco in grado di contrastare l’overdose, offrendo potenzialmente aiuto anche in assenza di altre persone.
I ricercatori del Dipartimento di Ingegneria dei Sistemi Biologici del Virginia Tech hanno sviluppato un dispositivo indossabile a microaghi per rilevare il fentanil nell’organismo e somministrare naloxone, un farmaco che annulla gli effetti dell’overdose da oppioidi. Se ulteriori test avranno esito positivo, questa tecnologia potrebbe in futuro fornire una risposta automatizzata alle overdose che si verificano in assenza di persone nelle vicinanze.
Il dispositivo, denominato cerotto iNal, è stato creato da un gruppo di ricercatori guidati da Wujin Sun, Professore associato di ingegneria dei sistemi biologici, un dipartimento che fa capo sia alla Facoltà di Agraria e Scienze della Vita che alla Facoltà di Ingegneria.
I risultati della loro ricerca sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Advanced Science.
“In genere, in caso di overdose, è necessario che qualcuno sia presente per soccorrere la persona“, ha affermato Sun. “In questo caso, non abbiamo bisogno di un passante perché siamo protetti in ogni momento”.
Il cerotto reagisce direttamente al Fentanil
Il cerotto contiene una serie di 121 aghi microscopici che raggiungono il fluido appena sotto la pelle. Quando il dispositivo viene applicato, gli aghi si estendono solo quanto basta per accedere a questo fluido, causando danni minimi ai tessuti.
Il cerotto contiene anche nanoparticelle di silice porosa riempite di naloxone, che blocca gli effetti degli oppioidi. Le aperture di queste particelle sono ricoperte da “porte” molecolari sensibili al Fentanil.
Quando il Fentanil raggiunge il cerotto, questi pori si aprono e permettono al Naloxone di entrare nell’organismo. La quantità rilasciata aumenta con l’aumentare delle concentrazioni di fentanil. Solo alcuni pori si aprono durante ogni reazione, lasciando una quantità aggiuntiva di Naloxone immagazzinata nel cerotto in caso di una successiva esposizione al Fentanil.
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Penghui Zhao, primo autore dell’articolo e docente ospite presso l’Academy of Integrated Science del Virginia Tech, ha guidato lo sviluppo e la sperimentazione del cerotto.
“Una delle maggiori sfide tecniche è stata trovare la giusta combinazione di biomateriali e tecnologia dei microaghi per ottenere un rilascio affidabile e su richiesta del farmaco, mantenendo al contempo resistenza meccanica, biocompatibilità e reattività”, ha affermato Zhao.
La capacità di rilasciare Naloxone più di una volta potrebbe essere particolarmente importante perché il Fentanil può rimanere attivo più a lungo del Naloxone. I sintomi da overdose possono ripresentarsi dopo che l’effetto della dose iniziale di Naloxone è svanito, quindi il cerotto è progettato per innescare una seconda risposta se i livelli di Fentanil rimangono elevati.
Sun descrive il cerotto come uno strumento di riduzione del danno, piuttosto che un sostituto dei farmaci antidolorifici o di altre terapie mediche. Gli oppioidi sono ampiamente prescritti per un legittimo sollievo dal dolore e un sovradosaggio accidentale può verificarsi se qualcuno non è sicuro di aver già assunto una dose.
Penghui Zhao, primo autore dell’articolo e docente ospite presso l’Academy of Integrated Science del Virginia Tech, ha guidato lo sviluppo e la sperimentazione del cerotto.
“Una delle maggiori sfide tecniche è stata trovare la giusta combinazione di biomateriali e tecnologia dei microaghi per ottenere un rilascio affidabile e su richiesta del farmaco, mantenendo al contempo resistenza meccanica, biocompatibilità e reattività”, ha affermato Zhao.
“Ci aspettiamo una concentrazione di oppioidi nel flusso sanguigno perché è necessario alleviare il dolore”, ha affermato Sun. “Ma non vogliamo che sia troppo elevata. Abbiamo progettato il sensore per monitorare la concentrazione di oppioidi e, una volta raggiunta una determinata soglia, innesca il rilascio di un antagonista in grado di prevenire l’overdose”.
I ricercatori hanno dimostrato il funzionamento del sistema utilizzando Fentanil e Naloxone, ma Sun ha affermato che la sua chimica di base potrebbe essere modificata per rilevare altri oppioidi o somministrare altri farmaci che ne contrastino gli effetti.
Legg ache:
I test sugli animali hanno mostrato un rilascio ripetuto del farmaco
I ricercatori hanno innanzitutto verificato se il Fentanil fosse in grado di innescare in modo costante il rilascio di aloxone in condizioni di laboratorio. Il cerotto ha reagito entro pochi minuti, rilasciando quantità crescenti di naloxone all’aumentare delle concentrazioni di fentanil e continuando a rilasciare il farmaco per un massimo di 24 ore.
Hanno quindi testato il sistema sui topi. Dosi più elevate di fentanil hanno causato un maggiore rilascio di Naloxone dal cerotto, e il dispositivo è rimasto reattivo per almeno tre esposizioni separate al fentanil.
“Il momento più entusiasmante è arrivato dagli studi sugli animali“, ha affermato Zhao. “Vedere il cerotto reagire all’esposizione al fentanil e invertire efficacemente gli effetti indotti dagli oppioidi ci ha dimostrato che la tecnologia potrebbe potenzialmente funzionare anche al di fuori del laboratorio.”
I topi che hanno ricevuto il cerotto hanno sviluppato un numero significativamente inferiore di sintomi indotti dagli oppioidi rispetto ai topi esposti al Fentanil senza il dispositivo.
L’utilizzo sull’uomo richiede ancora ulteriori test
I ricercatori non hanno osservato prove significative di irritazione o altri effetti dannosi derivanti dal cerotto. Tuttavia, sono necessari ulteriori studi per determinarne la durata nel tempo, la sua efficacia su diversi tipi di pelle e in condizioni reali, e la sua risposta specifica ai diversi oppioidi.
Il progetto è iniziato nel 2022 nell’ambito del più ampio interesse di Sun per la progettazione di sistemi di somministrazione di farmaci in grado di rispondere direttamente alle sfide cliniche.
“Cercavo una sfida in cui l’ingegneria potesse fare davvero la differenza”, ha affermato Sun. “Quando ho approfondito il tema delle overdose da oppioidi e il numero di vite che mietono, ho capito che era un problema che volevo contribuire a risolvere”.
Sun e Zhao hanno depositato una domanda di brevetto relativa alla tecnologia. Sun sta ora valutando i prossimi passi necessari per trasformare il cerotto in un prodotto che possa eventualmente andare oltre la fase di test di laboratorio.
“Si tratta di una piattaforma molto versatile”, ha affermato Sun. “Offre moltissime opportunità.”
Riferimento: Advanced Science