วิวัฒนาการและอนาคตของระบบส่งยาสูดพ่น

ลักษณะทางกายวิภาคและสรีรวิทยาเฉพาะตัวของระบบทางเดินหายใจทำให้เป็นเป้าหมายที่เหมาะสำหรับการส่งยาทั้งเฉพาะที่และทั่วร่างกาย ปอดมีพื้นที่ผิวที่กว้างขวางพร้อมหลอดเลือดจำนวนมาก ทำให้สามารถดูดซึมยาได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่เกิดภาวะแทรกซ้อนจากการเผาผลาญในครั้งแรก ทำให้ใช้ปริมาณยาได้น้อยลงอย่างมากเมื่อเทียบกับการให้ยาทางปากในขณะที่ยังคงประสิทธิภาพในการรักษา

ลองพิจารณากรณีของซัลบูตามอล (อัลบูเทอรอล) ซึ่งการให้ยาด้วยการสูดดมต้องใช้ปริมาณยาเพียงหนึ่งในสิบของปริมาณยาที่รับประทานทางปาก คือ 0.2-0.4 มก. เมื่อเทียบกับ 2-4 มก. ที่รับประทานทางปาก นอกจากนี้ การเริ่มออกฤทธิ์ผ่านการสูดดมยังเร็วกว่าอย่างเห็นได้ชัด โดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ XNUMX นาที เมื่อเทียบกับ XNUMX นาทีสำหรับการรับประทานทางปาก เวลาตอบสนองที่รวดเร็วนี้อาจมีความสำคัญอย่างยิ่งในการจัดการกับภาวะทางเดินหายใจเฉียบพลัน

ประสิทธิภาพในการส่งยาผ่านการสูดดมโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 12% ถึง 40% ของปริมาณยาที่สูดดม โดยส่วนที่เหลือจะถูกขับออกหรือสะสมในทางเดินหายใจส่วนบน อย่างไรก็ตาม การส่งยาตรงจุดออกฤทธิ์จะทำให้ได้ยาในปริมาณที่น้อยกว่าเมื่อเทียบกับการให้ยาทางปาก ส่งผลให้มีผลข้างเคียงน้อยลงและผลลัพธ์ของผู้ป่วยดีขึ้น

ภูมิทัศน์ทางเทคโนโลยีในปัจจุบัน

การส่งมอบยาด้วยการสูดพ่นประกอบด้วยเทคโนโลยีหลักสามประเภท โดยแต่ละประเภทมีคุณลักษณะและการใช้งานที่แตกต่างกัน เครื่องพ่นละอองแบบดั้งเดิมนั้นแม้จะมีประสิทธิภาพ แต่ส่วนใหญ่มักจะใช้ในโรงพยาบาลเนื่องจากขนาดและความซับซ้อน ความต้องการการดูแลจากผู้เชี่ยวชาญจำกัดการใช้งานในการจัดการโรคเรื้อรังแบบปกติ อย่างไรก็ตาม เครื่องพ่นละอองยังคงมีประโยชน์ในสถานการณ์ทางคลินิกเฉพาะที่การควบคุมปริมาณยาที่แม่นยำเป็นสิ่งสำคัญ

เครื่องพ่นยาแบบมีมาตรวัดปริมาณยา (pMDI) บรรจุยาที่ละลายหรือแขวนลอยอยู่ในสารขับดัน เมื่อเปิดใช้งานอุปกรณ์ ยาที่ละลายในอากาศจะถูกส่งไปยังปอด อย่างไรก็ตาม ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากสารขับดันที่ใช้ใน pMDI ได้สร้างความกังวลอย่างมาก แม้ว่าอุปกรณ์เหล่านี้จะได้รับการพัฒนา โดยเปลี่ยนจากการใช้คลอโรฟลูออโรคาร์บอน (CFC) มาเป็นไฮโดรฟลูออโรคาร์บอน (HFC) แต่ HFC ที่ใช้อยู่ในปัจจุบันกลับถูกระบุว่าเป็นก๊าซเรือนกระจก กำลังมีการพยายามพัฒนาและนำสารขับดัน HFC ที่เป็นอันตรายน้อยกว่าออกสู่ตลาด นอกจากนี้ ยังมีความท้าทายอื่นๆ ที่เกิดขึ้น โดยเฉพาะปัญหาความสม่ำเสมอของปริมาณยาและการประสานการทำงานของอุปกรณ์กับการสูดดมยา

การเกิดขึ้นของเครื่องสูดพ่นผงแห้ง (DPI) โดยเฉพาะระบบที่ใช้แคปซูล (cDPI) ถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในเทคโนโลยีการสูดพ่น ความนิยมของเครื่องสูดพ่นผงแห้งมาจากการที่ไม่ต้องใช้เชื้อเพลิง จ่ายยาได้สม่ำเสมอ และพกพาสะดวกยิ่งขึ้น

ใน cDPIs แคปซูลที่บรรจุยาจะถูกเจาะหรือเปิดภายในอุปกรณ์เพื่อปล่อยผงยาออกมา การไหลเวียนของลมหายใจเข้าของผู้ป่วยจะให้พลังงานเพื่อกระจายยาให้เป็นอนุภาคขนาดเล็ก จากนั้นจึงสูดดมยาเข้าไปทางปากเป่าเพื่อนำส่งไปที่ปอด

DPI ครองส่วนแบ่งมากกว่า 35% ของตลาดการสูดดมทั่วโลก แนวโน้มตลาดของ DPI นั้นเป็นไปในเชิงบวกอย่างเห็นได้ชัด โดยมีการคาดการณ์ว่าอัตราการเติบโตต่อปีแบบทบต้นจะอยู่ที่ 7.2% (2021–2031) เป็น 1.3 พันล้านดอลลาร์ภายในปี 2031 การเติบโตนี้ขับเคลื่อนโดยการยอมรับที่เพิ่มขึ้นจากผู้ให้บริการด้านการแพทย์และผู้ป่วย ควบคู่ไปกับการปรับปรุงเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่องในการออกแบบและกำหนดสูตรของอุปกรณ์

การสูดดมผงแห้งแบบแคปซูล

ความสำเร็จของ DPI แบบแคปซูลนั้นขึ้นอยู่กับการออกแบบแคปซูลโดยเฉพาะ ซึ่งต่างจากแคปซูลสำหรับรับประทานทั่วไป แคปซูลสูดดม ต้องเป็นไปตามเกณฑ์ที่เข้มงวดในพารามิเตอร์ต่างๆ การควบคุมสารหล่อลื่นที่เหลือถือเป็นปัจจัยสำคัญ เนื่องจากการกักเก็บผงให้น้อยที่สุดเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการส่งยาอย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งจำเป็นต้องควบคุมปริมาณสารหล่อลื่นอย่างแม่นยำระหว่างการผลิต โดยมีการพัฒนากระบวนการเฉพาะทางเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพด้านนี้ของการผลิต

ระบบทางเดินหายใจที่อ่อนแอต่อการติดเชื้อต้องการการควบคุมจุลินทรีย์ที่เข้มงวดกว่าแคปซูลที่รับประทานทางปาก แม้ว่าการส่งมอบทางปากจะได้รับประโยชน์จากสภาพแวดล้อมที่ปลอดภัยจากกรดในกระเพาะอาหาร แต่ระบบทางเดินหายใจต้องการการป้องกันเพิ่มเติม ดังนั้นแคปซูลสูดดมจึงต้องรักษาจำนวนจุลินทรีย์ให้ต่ำกว่า 100 CFU/g ซึ่งเป็นมาตรฐานที่เข้มงวดกว่าแคปซูลที่รับประทานทางปากอย่างมาก

ในแง่ของวัสดุ แคปซูลเหล่านี้มักทำจากเจลาตินหรือไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส (HPMC) วัสดุเหล่านี้มีคุณสมบัติเฉพาะตัวที่สามารถส่งผลต่อประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายได้ โดยทั่วไปแล้ว ขนาด 3 เป็นขนาดแคปซูลที่ใช้กันทั่วไปที่สุดสำหรับการใช้งาน DPI เชิงพาณิชย์

เนื่องจากมีปริมาณความชื้นที่ต่ำกว่า (3-8% w/w) และคุณสมบัติการเจาะทะลุที่เหนือกว่าในสภาวะความชื้นที่แตกต่างกัน แคปซูล HPMC กลายมาเป็นตัวเลือกที่ต้องการ ความเสถียรและลักษณะเฉื่อยของแคปซูลโพลีเมอร์ HPMC ทำให้แคปซูลเหล่านี้เหมาะเป็นพิเศษสำหรับการรักษาความสมบูรณ์ของสูตรและการรับรองประสิทธิภาพการละลายในอากาศที่สม่ำเสมอ
 

หลักการทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์

โดยทั่วไปแล้วสูตรยาสูดพ่นแบบผงแห้งจะรวมอนุภาคยาที่เล็กจิ๋วเข้ากับตัวพา ตัวพาทำหน้าที่หลายอย่าง ได้แก่ ช่วยให้ผงไหลได้ดีขึ้น ปรับปรุงความแม่นยำของขนาดยา และให้ปริมาตรที่เพียงพอเพื่อให้ได้น้ำหนักการบรรจุที่แม่นยำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับสูตรยาที่มีปริมาณยาออกฤทธิ์เพียงเล็กน้อย

ประสิทธิภาพของสูตรยาสูดพ่นแบบผงแห้งขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ มากมาย วิศวกรรมอนุภาคถือเป็นปัจจัยพื้นฐานในการพัฒนาสูตรยา อนุภาคยาจะต้องมีเส้นผ่านศูนย์กลางอากาศพลศาสตร์ที่เหมาะสมระหว่าง 1 - 5 ไมโครเมตร จึงจะสะสมในปอดได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งต้องใช้กระบวนการผลิตที่ซับซ้อนและการควบคุมการกระจายขนาดของอนุภาคอย่างระมัดระวัง

การเลือกอนุภาคตัวพาต้องพิจารณาถึงพารามิเตอร์ต่างๆ มากมาย รวมทั้งคุณสมบัติของพื้นผิว การกระจายขนาดของอนุภาค และความเข้ากันได้กับส่วนประกอบยาที่ออกฤทธิ์ อัตราส่วนยาต่อตัวพาต้องสมดุลอย่างระมัดระวังเพื่อให้แน่ใจว่ามีคุณสมบัติการไหลที่เหมาะสมที่สุดและความสม่ำเสมอของขนาดยา ปฏิสัมพันธ์ทางกายภาพระหว่างอนุภาค รวมถึงแรงยึดเกาะและแรงยึดติด มีบทบาทสำคัญในการกำหนดประสิทธิภาพของสูตร

การพิจารณาพื้นที่ผิวและการจัดการประจุไฟฟ้าสถิตย์มีความสำคัญอย่างยิ่งในการรักษาเสถียรภาพของสูตรยาและรับรองการส่งมอบยาในปริมาณที่สม่ำเสมอ จำเป็นต้องทำความเข้าใจกลไกของการแยกตัวเป็นกลุ่มในระหว่างการสูดดมและปรับปรุงให้เหมาะสมที่สุดเพื่อให้ส่งมอบยาได้อย่างมีประสิทธิภาพไปยังบริเวณที่ตั้งใจจะออกฤทธิ์
 

ทิศทางและความท้าทายในอนาคต

การอนุมัติอินซูลินสำหรับมนุษย์แบบสูดพ่นโดยสำนักงานคณะกรรมการอาหารและยาของสหรัฐอเมริกาและสำนักงานยาแห่งยุโรป (EMA) ถือเป็นก้าวสำคัญในฐานะโมเลกุลขนาดใหญ่แบบสูดพ่นเพื่อการรักษาตัวแรกสำหรับการนำส่งทั่วร่างกาย ความสำเร็จนี้เปิดโอกาสใหม่ๆ ในการบำบัดด้วยการสูดพ่น โดยมีข้อได้เปรียบสำคัญคือ การให้ยาที่ไม่เจ็บปวดเมื่อเทียบกับการฉีด ซึ่งเป็นปัจจัยที่สามารถปรับปรุงการปฏิบัติตามและผลลัพธ์ของการรักษาของผู้ป่วยได้

ปัจจุบัน ศักยภาพของการสูดดมผงแห้งขยายออกไปไกลเกินกว่าภาวะทางเดินหายใจแบบเดิมๆ นักวิจัยกำลังศึกษาการประยุกต์ใช้ในโรคปอดต่างๆ รวมถึงซีสต์ไฟบรซีส มะเร็งปอด และการติดเชื้อทางเดินหายใจ ยิ่งไปกว่านั้น โรคทั่วไป เช่น เบาหวาน โรคพาร์กินสัน ไมเกรน และมะเร็ง กำลังถูกศึกษาวิจัยในฐานะผู้มีสิทธิ์เข้ารับการบำบัดด้วยการสูดดม นวัตกรรมนี้ไม่ได้จำกัดอยู่แค่ยารักษาโรคชนิดใหม่เท่านั้น ยาที่ได้รับการยอมรับ เช่น ซิโปรฟลอกซาซิน แวนโคไมซิน และซูมาทริปแทน กำลังถูกนำมาปรับใช้ใหม่โดยให้ส่งผ่านการสูดดม ซึ่งขยายขอบเขตการใช้งานในการรักษา

อ้างอิง

1. Solanki A, Bhat J, Kalafat J, “แคปซูลสำหรับการสูดดมผงแห้ง – ผลิตภัณฑ์ครบวงจร” ONdrugDelivery ฉบับที่ 131 (เมษายน 2022)
2. Labaki WW, Han MK, “โรคทางเดินหายใจเรื้อรัง: มุมมองทั่วโลก” The Lancet, 2020, เล่ม 8(6), หน้า 531–533
3. Lavorini F, Fontana GA, Usmani OS, “อุปกรณ์สูดพ่นชนิดใหม่ – ดี ไม่ดี และแย่” Respiratory, 2014, เล่ม 88(1), หน้า 3-15
4. Myrdal P, Sheth P, Stein SW, “ความก้าวหน้าในเทคโนโลยีเครื่องพ่นยาแบบวัดปริมาณ: การพัฒนาสูตรยา” AAPS PharmSciTech, 2014, เล่มที่ 15(2), หน้า 434–455
5. Chierici V และคณะ “ผลที่ตามมาของการไม่เขย่าและการสั่นสะเทือนที่ล่าช้าต่อปริมาณที่ปล่อยออกมาของเครื่องพ่นยาแบบวัดปริมาณด้วยแรงดันที่ใช้สารละลายและสารแขวนลอยเชิงพาณิชย์บางชนิด” Expert Opin Drug Del, 2020, เล่มที่ 17(7), หน้า 1025–1039
6. “ตลาดเครื่องพ่นยาแบบ Dry Power” รายงานการวิจัย Fact.MR ธันวาคม 2021
7. Buttini F et al, “การทำความเข้าใจความสำคัญของแคปซูลในเครื่องพ่นยาผงแห้ง” Pharmaceutics, 2021, เล่มที่ 13(11), หน้า 1936
8. Justin K, Jnanadeva B, Fernando D, “การส่งมอบการสูดดม: การใช้การออกแบบการทดลอง (DOE) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการเจาะแคปซูลการสูดดม” AAPS, 2017
9. Al-Tabakha MM, “แคปซูล HPMC: สถานะปัจจุบันและแนวโน้มในอนาคต” J Pharm Pharm Sci, 2010, เล่มที่ 13(3), หน้า 428–442
10. Hamishehkar H et al, “บทบาทของตัวพาในเครื่องพ่นยาผงแห้ง” ใน “ความก้าวหน้าล่าสุดในระบบตัวพายาแบบใหม่” (Sezer AD, ed) 2012, หน้า 39–66
11. Laube BL, “บทบาทที่ขยายตัวของละอองลอยในระบบส่งยา ยีนบำบัด และการฉีดวัคซีน” Respir Care, 2005, เล่ม 50(9), หน้า 1161–1176