Hệ thống phân phối thuốc khép kín có thể cải thiện hóa trị liệu

Khi bệnh nhân ung thư trải qua hóa trị, liều lượng của hầu hết các loại thuốc được tính dựa trên diện tích bề mặt cơ thể của bệnh nhân. Điều này được ước tính bằng cách thay chiều cao và cân nặng của bệnh nhân vào một phương trình có từ năm 1916, được xây dựng từ dữ liệu của chỉ 9 bệnh nhân.

Việc định lượng đơn giản này không tính đến các yếu tố khác và có thể dẫn đến việc bệnh nhân dùng quá nhiều hoặc quá ít thuốc. Kết quả là, một số bệnh nhân có thể gặp phải tình trạng nhiễm độc có thể tránh được hoặc không nhận được đủ lợi ích từ hóa trị liệu mà họ nhận được.

Để điều chỉnh liều hóa trị chính xác hơn, các kỹ sư của MIT đã đưa ra một phương pháp thay thế có thể cho phép cá nhân hóa liều lượng cho từng bệnh nhân. Hệ thống của họ đo lượng thuốc có trong cơ thể bệnh nhân và những phép đo này được đưa vào bộ điều khiển có thể điều chỉnh tốc độ truyền tương ứng.

Cách tiếp cận này có thể giúp bù đắp cho sự khác biệt về dược động học của thuốc do thành phần cơ thể, cấu trúc di truyền, độc tính do hóa trị gây ra đối với các cơ quan chuyển hóa thuốc, tương tác với các loại thuốc khác đang dùng và thực phẩm tiêu thụ, cũng như sự dao động sinh học của các enzym chịu trách nhiệm phá vỡ. Các nhà nghiên cứu cho biết, thuốc hóa trị đã giảm.

Giovanni Traverso, phó giáo sư kỹ thuật cơ khí tại MIT, cho biết: “Nhận thấy những tiến bộ trong hiểu biết của chúng ta về cách thuốc được chuyển hóa và áp dụng các công cụ kỹ thuật để tạo điều kiện cho việc định lượng cá nhân hóa, chúng tôi tin rằng có thể giúp thay đổi tính an toàn và hiệu quả của nhiều loại thuốc”. một bác sĩ chuyên khoa tiêu hóa tại Bệnh viện Brigham and Women's, đồng thời là tác giả chính của nghiên cứu.

Louis DeRidder, một sinh viên tốt nghiệp MIT, là tác giả chính của bài báo xuất hiện ngày hôm nay trên tạp chí Med .

Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu tập trung vào một loại thuốc gọi là 5-fluorouracil, được sử dụng để điều trị ung thư đại trực tràng, cùng nhiều loại khác. Thuốc thường được truyền trong khoảng thời gian 46 giờ và liều lượng được xác định bằng cách sử dụng công thức dựa trên chiều cao và cân nặng của bệnh nhân, đưa ra diện tích bề mặt cơ thể ước tính.

Tuy nhiên, cách tiếp cận đó không tính đến sự khác biệt trong thành phần cơ thể có thể ảnh hưởng đến cách thuốc lan truyền trong cơ thể hoặc các biến thể di truyền ảnh hưởng đến cách chuyển hóa thuốc. Những khác biệt đó có thể dẫn đến các tác dụng phụ có hại nếu dùng quá nhiều thuốc. Nếu lượng thuốc lưu thông không đủ có thể không tiêu diệt được khối u như mong đợi.

"Những người có cùng diện tích bề mặt cơ thể có thể có chiều cao và cân nặng rất khác nhau, có thể có khối lượng cơ hoặc di truyền rất khác nhau, nhưng miễn là chiều cao và cân nặng được đưa vào phương trình này cho cùng diện tích bề mặt cơ thể, thì liều lượng của họ là giống nhau, " DeRidder, một ứng cử viên tiến sĩ trong chương trình Kỹ thuật y tế và Vật lý y tế thuộc Chương trình Harvard-MIT về Khoa học và Công nghệ Y tế, cho biết.

Một yếu tố khác có thể làm thay đổi lượng thuốc trong máu tại bất kỳ thời điểm nào là sự dao động trong ngày của một loại enzyme có tên là dihydropyrimidine dehydrogenase (DPD), enzyme này phân hủy 5-fluorouracil. Sự biểu hiện của DPD, giống như nhiều enzyme khác trong cơ thể, được điều chỉnh theo nhịp sinh học. Như vậy, sự phân hủy 5-FU bởi DPD không phải là hằng số mà thay đổi theo thời gian trong ngày. Những nhịp sinh học này có thể dẫn đến sự dao động gấp 10 lần về lượng 5-fluorouracil trong máu của bệnh nhân trong quá trình truyền.

"Sử dụng diện tích bề mặt cơ thể để tính toán liều hóa trị, chúng tôi biết rằng hai người có thể có độc tính rất khác so với hóa trị liệu 5-fluorouracil. Nhìn vào một bệnh nhân, họ có thể trải qua các chu kỳ điều trị với độc tính tối thiểu và sau đó có một chu kỳ với độc tính tồi tệ. Douglas Rubinson, bác sĩ chuyên khoa ung thư lâm sàng tại Viện Ung thư Dana-Farber và là tác giả của cuốn sách, cho biết có điều gì đó đã thay đổi trong cách bệnh nhân chuyển hóa hóa trị từ chu kỳ này sang chu kỳ tiếp theo. giấy.

Một cách để cố gắng chống lại sự biến đổi trong dược động học của hóa trị liệu là chiến lược được gọi là theo dõi thuốc điều trị, trong đó bệnh nhân lấy mẫu máu vào cuối một chu kỳ điều trị. Sau khi mẫu này được phân tích về nồng độ thuốc, liều lượng có thể được điều chỉnh, nếu cần, vào đầu chu kỳ tiếp theo (thường là hai tuần sau đối với 5-fluorouracil). Cách tiếp cận này đã được chứng minh là mang lại kết quả tốt hơn cho bệnh nhân, nhưng nó không được sử dụng rộng rãi cho các liệu pháp hóa trị như 5-fluorouracil.

Các nhà nghiên cứu của MIT muốn phát triển một loại giám sát tương tự nhưng theo cách tự động hóa và cho phép cá nhân hóa thuốc theo thời gian thực, điều này có thể mang lại kết quả tốt hơn cho bệnh nhân. Trong hệ thống "vòng kín" của họ, nồng độ thuốc có thể được theo dõi liên tục và thông tin đó được sử dụng để tự động điều chỉnh tốc độ truyền thuốc hóa trị và giữ liều trong phạm vi mục tiêu. Một hệ thống khép kín như vậy cho phép cá nhân hóa liều thuốc theo cách xem xét sự thay đổi nhịp sinh học về mức độ enzyme chuyển hóa thuốc, cũng như mọi thay đổi về dược động học của bệnh nhân kể từ lần điều trị cuối cùng, chẳng hạn như độc tính do hóa trị liệu gây ra. các cơ quan chuyển hóa thuốc.

Hệ thống mới mà họ thiết kế, được gọi là CLAUDIA (Bộ điều chỉnh truyền thuốc tự động khép kín), sử dụng các thiết bị thương mại sẵn có cho từng bước. Các mẫu máu được lấy năm phút một lần và nhanh chóng được chuẩn bị để phân tích. Nồng độ 5-fluorouracil trong máu được đo và so sánh với phạm vi mục tiêu. Sự khác biệt giữa nồng độ mục tiêu và nồng độ đo được là đầu vào của thuật toán kiểm soát, sau đó điều chỉnh tốc độ truyền nếu cần, để giữ liều trong phạm vi nồng độ mà thuốc có hiệu quả và không độc hại.

DeRidder cho biết: “Những gì chúng tôi đã phát triển là một hệ thống mà bạn có thể liên tục đo nồng độ thuốc và điều chỉnh tốc độ truyền phù hợp để giữ nồng độ thuốc trong cửa sổ trị liệu”.

Trong các thử nghiệm trên động vật, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng sử dụng CLAUDIA, họ có thể giữ lượng thuốc lưu thông trong cơ thể trong phạm vi mục tiêu khoảng 45%. Trung bình, nồng độ thuốc ở động vật được hóa trị liệu không có CLAUDIA vẫn nằm trong phạm vi mục tiêu chỉ 13%. Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã không thực hiện bất kỳ thử nghiệm nào về hiệu quả của nồng độ thuốc, nhưng việc giữ nồng độ trong khoảng mục tiêu được cho là sẽ dẫn đến kết quả tốt hơn và ít độc tính hơn.

CLAUDIA cũng có thể duy trì liều 5-fluorouracil trong phạm vi mục tiêu ngay cả khi các nhà nghiên cứu sử dụng thuốc ức chế enzyme DPD. Ở những động vật nhận được chất ức chế này mà không theo dõi và điều chỉnh liên tục, nồng độ 5-fluorouracil tăng lên gấp 8 lần.

Đối với cuộc trình diễn này, các nhà nghiên cứu đã thực hiện thủ công từng bước của quy trình, sử dụng thiết bị sẵn có, nhưng giờ đây họ có kế hoạch tự động hóa từng bước để có thể thực hiện việc theo dõi và điều chỉnh liều lượng mà không cần bất kỳ sự can thiệp nào của con người.

Để đo nồng độ thuốc, các nhà nghiên cứu đã sử dụng phương pháp sắc ký lỏng khối phổ hiệu năng cao (HPLC-MS), một kỹ thuật có thể được điều chỉnh để phát hiện gần như mọi loại thuốc.

DeRidder cho biết: “Chúng tôi thấy trước một tương lai nơi chúng tôi có thể sử dụng CLAUDIA cho bất kỳ loại thuốc nào có đặc tính dược động học phù hợp và có thể phát hiện được bằng HPLC-MS, từ đó cho phép cá nhân hóa liều lượng cho nhiều loại thuốc khác nhau”.

Nguồn Viện Công nghệ Massachusetts