将来的には、体内に埋め込まれたコンピュータ化された薬剤投与システムが、薬局や診療所への通院に取って代わり、体内に埋め込まれた医療機器から自動的に薬剤を血液中に注入するようになるだろう。これらの小型無線チップは、痛みや不便さを軽減し、患者が必要な量の薬剤をボタン一つで正確に投与できるようにすると期待されている。
骨粗鬆症の女性を対象とした新たな研究で、無線制御の埋め込み型マイクロチップが毎日の投薬計画を送達することに成功し、毎日の注射と同等、あるいはそれ以上の効果があったことが示されました。研究者らによると、これは長期処方薬を服用している多くの人々にとって、画期的な解決策となる可能性があります。患者は薬の服用を忘れる必要がなくなり、医師は電話やコンピューターからの簡単な指示で投薬量を調整できるようになります。
MITのデビッド・H・コッホ総合がん研究所の研究所教授で、この研究の共著者でもあるロバート・ランガー氏は、チップ上の薬局は将来、一連の薬剤を事前にプログラムされた用量で、特定の時間に調剤できるようになるかもしれないと語った。
「薬の効力によって大きく左右されます」と彼は言った。「多発性硬化症やがんなどの治療薬や、一部のワクチンには十分な効力を持つものがあります」
ランガー氏とMITの同僚教授マイケル・シーマ氏は、1990年代後半に埋め込み型薬物送達チップの初期バージョンを開発した。2人はMicroCHIPS Inc.という会社を共同設立し、本日Science Translational Medicineに掲載される研究を同社が管理した。ランガー氏によると、チームが骨粗鬆症患者を対象に研究することにしたのは、この病気とその治療薬が一連の特別な機会を提供してくれたためだという。テリパラチドと呼ばれる広く使用されている薬は、重度の骨粗鬆症の人の骨量減少を回復させることができるが、適切に作用させるには毎日の注射が必要だ。つまり、最大75%の患者が治療を断念してしまうとランガー氏は言う。また、この薬は非常に強力な薬で、マイクログラム単位の投与量を必要とするため、長期の投薬埋め込みに理想的な候補となっている。
チップをうまく機能させるには、気密シールと生体組織内で作用する薬剤放出システムの追加など、同社によるいくつかの改良が必要でした。チップには、針で刺した程度の小さなウェルが多数含まれており、そこに薬剤が蓄えられています。ランガー氏によると、各ウェルはプラチナとチタンの極薄層で密封されています。プログラムされた時間、または患者の指示により、外部の高周波装置からチップに信号が送られ、チップが金属薄膜に電圧をかけて薄膜を溶かし、薬剤を放出します。ウェルは1つずつ溶けていきます。
「まるでヒューズが切れたような感じだ。我々が設定した方法では」とランガー氏は述べた。金属の量はナノスケールレベルに近く、毒性はないと彼は述べた。
チームはまた、チップの安全性とハッキングの防止も確保する必要がありました。チップは、FCCとFDAの両方の承認を受けた医療インプラント通信サービスバンドと呼ばれる特別な周波数で通信します。チップと受信機間の双方向通信リンクにより、投与量や電池残量などのインプラントの状態情報がアップロードされます。ランガー氏によると、患者または医師は特別なコードを入力して投与量を調整または変更します。
研究チームは、デンマークで重度の骨粗鬆症の女性7名を募集し、2011年1月に腹部にチップを外科的に移植した。チップには薬剤20回分が保存されていた。患者たちは1年間このチップを体内に留置し、非常に好評だったとランガー氏は述べた。「注射をする必要がないので、患者たちはチップを体内に留置していることを意識していませんでした」と彼は語った。
最終的に、このデバイスは毎日の注射に匹敵する投与量を提供し、副作用もありませんでした。MITのデビッド・H・コッホ工学教授であるシーマ氏は、「患者が医師の診察を受けたくないからといって注射を省略するわけにはいきません。処方箋に従うことが何よりも重要です」と述べました。「このデバイスは服薬遵守の問題を完全に回避し、投薬計画が完全に自動化される未来を示しています」と彼は述べました。
この研究は、この種のインプラントに関する将来の研究開発に示唆を与える興味深い現象を指摘しています。体内にデバイスを埋め込むと、体内でコラーゲンをベースとした繊維状の膜が形成され、異物であるデバイスが取り囲まれます。この膜は、デバイスから体内への薬剤の移動性に影響を与え、投与量や薬剤の効力にも影響を与えます。本研究の目的の一つは、このコラーゲン膜の影響を調べることでしたが、研究者たちは、コラーゲン膜が薬剤に有害な影響を与えないことを発見しました。
これらのチップの有効性が実証された今、ランガー氏らは他の薬剤やより長期間の投与期間での試験を進めたいと考えている。ウェルキャップは1つずつ溶けるため、このチップは異なる種類の薬剤を投与するのに使用できる可能性がある。注射や錠剤で投与した場合、通常は相互作用を起こす薬剤であっても、だ。研究チームは365回分の投与が可能なバージョンを開発し、その有効性を確認したいと考えている。
ランガー氏は、このチップは長期使用に耐えうるセンサーデバイスとしても使える可能性があり、それ自体が興味深い可能性を秘めていると述べた。医療用センサーインプラントは体内に埋め込まれると劣化するため、血糖値やがん抗体などを検査できるインプラントは効果を失う可能性がある。しかし、複数のセンサーを搭載したチップであれば、はるかに長く動作させることができる。1つのセンサーが汚れたら、別のウェルを溶かして新しいウェルを露出させるだけでよいとランガー氏は述べた。
最終的な目標は、センシングと薬剤送達を組み合わせたチップ、つまり独自の治療を実施できる埋め込み型診断機器を開発することです。
「いつかすべてを統合できれば素晴らしいのですが、それには明らかに時間がかかるでしょう」とランガー氏は語った。
