สามสิบปีที่แล้วผู้คนกว่า 180 ล้านคนทั่วโลกได้รับผลกระทบจากโรคหอบหืด เมื่อ 5 ปีที่แล้ว ตัวเลขดังกล่าวอยู่ที่ประมาณ350 ล้าน คาดว่าประมาณ 400 ล้านคนจะได้รับผลกระทบภายในปี 2568 ความชุกของโรคหอบหืดกำลังเพิ่มขึ้น ยาที่ส่งผ่านเครื่องช่วยหายใจช่วยจัดการอาการของคนจำนวนมากได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่เรายังไม่รู้มากนักว่ายาเปลี่ยนชีวิตของยาสูดพ่นมีลักษณะและทำงานอย่างไรในระดับพื้นฐาน
ขณะนี้กลุ่มนักวิจัยในสหราชอาณาจักรสามารถตรวจสอบ
วัสดุในยาสูดพ่นชนิดผงแห้งได้อย่างแม่นยำและละเอียดยิ่งขึ้นกว่าที่เคยเป็นมา การใช้เทคนิคการถ่ายภาพแบบไม่ทำลายซึ่งเรียกว่า X-ray micro-computed tomography (XCT) พวกเขาได้มาถึงภาพสามมิติแรกของวัสดุในยาสูดพ่นชนิดผงแห้ง
X-ray micro-CT ของยารักษาโรคหอบหืดทำไมต้องเจาะลึกโครงสร้างทางกายภาพของยารักษาโรคหอบหืด? เพราะพฤติกรรมของยาซึ่งถูกกำหนดโดยคุณสมบัติทางกายภาพของมัน ส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงาน ตัวอย่างเช่น อนุภาคขนาดเล็กซึ่งสามารถแทรกซึมลึกเข้าไปในปอด โต้ตอบอย่างแรงกล้าภายในเครื่องช่วยหายใจ ทำให้ยากขึ้นสำหรับอนุภาคเหล่านี้ในการพ่นละอองและไปถึงปอดตั้งแต่แรก คุณสมบัติที่สำคัญอื่นๆ ได้แก่ รูปร่างและความหยาบของอนุภาค และความสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคในอวกาศ
“การวัด [ของคุณสมบัติทางกายภาพเหล่านี้] ทำขึ้นสำหรับสูตรที่สูดดมทั้งหมดในบางช่วงในระหว่างการพัฒนา [เภสัชภัณฑ์] ลักษณะเฉพาะ และกระบวนการควบคุมคุณภาพ” Darragh Murnaneศาสตราจารย์ด้านเภสัชศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยฮาร์ตฟอร์ดเชียร์กล่าว “ความแตกต่างคือด้วย XCT เราไม่จำเป็นต้องแยกแท็บเล็ต เราไม่จำเป็นต้องเปิดแคปซูล เราไม่จำเป็นต้องฉีดสเปรย์ละออง เราสามารถมองเข้าไปในตัวยาได้ในขณะที่ส่งมาจากโรงงาน”
Murnane และเพื่อนร่วมงานใช้เครื่องสแกน XCT
เชิงพาณิชย์ที่ทำงานเหมือนกับระบบ CT ทางการแพทย์ แหล่งกำเนิดรังสีจะสร้างรังสีเอกซ์ที่กระทบกับตัวอย่างยา ภาพเงาจะถูกบันทึกลงในเครื่องตรวจจับ และด้วยการหมุนตัวอย่าง รูปภาพจากมุมต่างๆ จะถูกรวบรวมแล้วสร้างใหม่เพื่อสร้างภาพปริมาณ จากนี้ นักวิจัยสามารถทำการวัดคุณลักษณะของอนุภาคในระดับไมโครเมตร
ตรวจสอบเทคนิคการถ่ายภาพเครื่องช่วยหายใจแบบผงแห้งมีส่วนผสมของสารออกฤทธิ์และตัวพาเฉื่อยที่ช่วยกระจายส่วนผสมออกฤทธิ์เมื่อผู้ป่วยหายใจเข้า อย่างไรก็ตาม การเลือกวัสดุเหล่านี้ที่จะใช้ในการทดลอง XCT ครั้งแรกนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย วัสดุต้องมีขนาดใหญ่พอที่จะทำให้นักวิจัยสามารถเพิ่มประสิทธิภาพขั้นตอนการถ่ายภาพและการวิเคราะห์ และแข็งแรงพอที่จะต้านทานความเสียหายเมื่อมีรังสีเอกซ์
ป้อนสิ่งที่เรียกว่าพาหะระดับแท็บเล็ต ซึ่งมีอนุภาคที่ใหญ่กว่าไรฝุ่นเล็กน้อย โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 250 µm ภาพ XCT เผยให้เห็นรูปร่างที่แตกต่างของอนุภาคพาหะระดับแท็บเล็ต ในขณะที่ความแตกต่างของสีระดับสีเทาหรือความคมชัด ในภาพสะท้อนน้ำหนักอะตอมของอนุภาคที่แตกต่างกัน
แม้ว่า XCT สามารถศึกษาวัสดุโดยไม่ต้องเปลี่ยนแปลงหรือทำลายพวกมัน นักวิจัยพบว่าผลลัพธ์ XCT ของผู้ให้บริการระดับแท็บเล็ตของพวกเขาตรงกับสิ่งที่เห็นโดยใช้เทคนิคการจำแนกลักษณะอื่น ๆ ความแตกต่างที่พวกเขาเห็น เช่น การวางแนวของอนุภาคที่ไม่ถูกรบกวนและมุมมองที่ครอบคลุมของอนุภาคแต่ละตัว ได้ชี้แจงข้อดีของ XCT
ภาพ XCT และ SEMรูปภาพของพาหะระดับแท็บเล็ต
สองตัวที่ผลิตโดย XCT และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (แถวล่าง) แต่ละอนุภาคจะแสดงด้วยสีที่แตกต่างกันเพื่อให้มองเห็นได้ ด้วยความพอใจ นักวิจัยได้ย้ายไปศึกษากลุ่มผู้ให้บริการที่เป็นตัวแทนของผู้ที่พบในยาสูดพ่นชนิดผงแห้ง อนุภาคเล็กลง ความท้าทายใหม่จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ ระบบ XCT ไม่สามารถแยกแยะระหว่างอนุภาคขนาดเล็กที่มีน้ำหนักเบาและอากาศได้ ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและเลนส์ออปติคัลเอ็กซ์เรย์ช่วยเพิ่มคอนทราสต์ของภาพให้สูงสุดโดยรักษาระยะห่างระหว่างส่วนประกอบสแกนเนอร์และยาให้สั้น
อย่างไรก็ตาม สายการบินระดับการหายใจได้นำเสนอความท้าทายใหม่ๆ สำหรับ XCT อนุภาคในพาหะเหล่านี้ซับซ้อนกว่าอนุภาคในพาหะระดับแท็บเล็ต มีขนาดเล็กกว่า โดยมีขนาดประมาณ 100 µm ประมาณความกว้างของเส้นผมมนุษย์ พวกมันยังมีช่วงขนาดที่กว้างกว่ามาก รวมถึงสัดส่วนของอนุภาคละเอียดที่มีขนาด 10 µm หรือเล็กกว่า
“พิจารณาขนาดพิกเซล 1 ไมโครเมตร อนุภาคลูกบาศก์ที่มีความยาวขอบ 10 ไมโครเมตรจะถูกขยายโดย 1,000 voxels [เทียบเท่ากับพิกเซลในพื้นที่สามมิติ] แต่อนุภาคขนาด 100 ไมโครเมตรจะถูกขยายโดยหนึ่งล้าน voxels” Parmesh Gajjar นักวิจัยด้านดุษฏีบัณฑิตที่ มหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ .
นั่นหมายความว่าอนุภาคละเอียดในพาหะระดับการสูดดมจะมีว็อกเซลต่ออนุภาคในภาพ XCT น้อยกว่าอนุภาคพาหะที่ใหญ่กว่า ทำให้นักวิจัยระบุอนุภาคแต่ละตัวได้ยาก แม้จะมีข้อกังวลตามทฤษฎีเหล่านี้ แต่ทีมงานก็ประสบความสำเร็จในการแยกและจำแนกอนุภาคพาหะระดับการสูดดมของแต่ละบุคคล
ด้วยความสำเร็จนี้ นักวิจัยจึงได้เผชิญกับความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของพวกเขา นั่นคือ การถ่ายภาพส่วนผสมของพาหะระดับแท็บเล็ตและสารออกฤทธิ์ ซึ่งเป็นส่วนผสมที่มีจุดประสงค์เพื่อเลียนแบบยาสูดพ่นชนิดผงแห้ง
ที่นี่นักวิจัยชนกำแพง ในขั้นต้น ภาพ XCT ของพวกเขาไม่ได้ให้คอนทราสต์เพียงพอสำหรับการแยกและวัดอนุภาคแต่ละส่วน อย่างไรก็ตาม ด้วยการใช้อัลกอริธึมต่างๆ ที่พัฒนาโดยพันธมิตรด้านการวิจัยในอุตสาหกรรม พวกเขาสามารถแยกอนุภาคแต่ละตัวในส่วนผสมได้ พวกเขานำเสนอผลลัพธ์ใหม่เหล่านี้ในการประชุมDigital Respiratory Drug Deliveryเมื่อต้นปีนี้
“การถ่ายภาพ การแยกภาพ และการระบุอนุภาคต่างๆ จากภายในภาพ … เป็นความท้าทายหลักจากมุมมองของผม” Gajjar กล่าว “เพราะว่าเรากำลังดูพาหะที่มีน้ำหนักอะตอมต่ำมาก จึงยากที่จะได้คอนทราสต์ [นั้น]” มันเป็นโลกใบเล็ก: XCT ในอนาคตเครื่องช่วยหายใจหอบหืดส่งยาตรงไปยังปอด อย่างไรก็ตาม การทำความเข้าใจกระบวนการนี้และการพัฒนายาที่มีประสิทธิภาพนั้น “ท้าทายอย่างยิ่ง” Murnane กล่าว
Credit : galleryworld.net garybaughman.net genericcanadatadalafil.net globalfreeenergy.info grantstreetgallery.net
