در عرصه پزشکی مدرن، زمان‌بندی دقیق مصرف داروها برای اثربخشی مطلوب و مدیریت بهینه بیماری‌های مختلف از اهمیت بسزایی برخوردار است. اکنون، دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو، با نوآوری در طراحی یک کپسول قابل تنظیم، گامی بلند در جهت ساده‌سازی برنامه‌های پیچیده دارویی برداشته‌اند. این کپسول هوشمند، با بهره‌گیری از یک سیستم رهاسازی چندمرحله‌ای منحصر به فرد، قادر است چندین دوز مختلف دارو را در فواصل زمانی مشخص در بدن بیمار آزاد کند.
در سال‌های اخیر، تحقیقات گسترده‌ای بر ارتباط میان زمان مصرف داروها و ریتم‌های شبانه‌روزی بدن (ساعت بیولوژیکی) متمرکز شده است. یافته‌های این پژوهش‌ها نشان می‌دهد که زمان مصرف برخی داروها می‌تواند به طور قابل توجهی بر اثربخشی و عوارض جانبی آن‌ها تاثیر بگذارد. به عنوان مثال، مطالعات نشان داده‌اند که مصرف داروهای فشار خون در ساعات خاصی از روز می‌تواند خطر حملات قلبی را کاهش دهد، و همچنین زمان مصرف داروهای ضدالتهاب می‌تواند بر روند بهبودی تاثیرگذار باشد. حتی در موارد ساده‌تری مانند مصرف قهوه، زمان افزودن شکر نیز بر اثرات کافئین تاثیر می‌گذارد.
با این حال، رعایت دقیق برنامه‌های دارویی روزانه، به ویژه برای سالمندان و افرادی که با مشکلات شناختی دست و پنجه نرم می‌کنند، می‌تواند چالش‌برانگیز باشد. کپسول جدید طراحی‌شده در دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو، با ارائه یک راهکار هوشمندانه، می‌تواند این مشکلات را تا حد زیادی مرتفع کرده و به طور بالقوه اثربخشی برخی داروها را نیز افزایش دهد.
برای ساخت این کپسول نوآورانه، محققان یک ساختار چندبخشی را مهندسی کرده‌اند که در آن هر بخش حاوی دوز مشخصی از دارو است و این بخش‌ها توسط موانعی از جنس پلیمر حساس به pH از یکدیگر جدا شده‌اند. این پلیمر خاص از داروها در برابر محیط اسیدی معده محافظت می‌کند. نکته کلیدی در این طراحی، قابلیت تنظیم زمان آزادسازی داروها در هر بخش از طریق تغییر ضخامت این موانع پلیمری است. به این ترتیب، می‌توان برنامه‌ریزی کرد که هر دوز از دارو در زمان معینی پس از مصرف کپسول در دستگاه گوارش آزاد شود.
کل این کپسول چندبخشی با یک لایه محافظ بیرونی از جنس سلولز گیاهی پوشانده شده است که در محیط معده حل می‌شود. این ویژگی امکان آزادسازی فوری یک دوز از دارو را فراهم می‌کند. برای مثال، دارویی که اثربخشی آن در ابتدای فرآیند هضم مطلوب است، می‌تواند در اولین لایه و بدون محافظ پلیمری قرار گیرد تا پس از حل شدن لایه بیرونی کپسول، به سرعت آزاد شود.
مهندسان طراح این کپسول، برای بهبود عملکرد آن، لایه بیرونی را با ذرات ریز منیزیم نیز آغشته کرده‌اند. این ذرات پس از آزادسازی، دو عملکرد مهم را انجام می‌دهند. اولاً، با ایجاد جریان کوچکی از حباب‌های هیدروژن، به پراکندگی سریع‌تر داروی موجود در لایه اول کمک می‌کنند. ثانیاً، منیزیم با خنثی کردن بخشی از اسید معده، شرایط pH را در محیط اطراف کپسول تغییر می‌دهد و به این ترتیب، زمان آزادسازی دارو از بخش‌های بعدی را با دقت بیشتری تنظیم می‌کند.
برای ارزیابی عملکرد این کپسول هوشمند، محققان آن را با سه دوز رنگی مختلف از داروی مورد استفاده در درمان بیماری پارکینسون پر کردند. در شرایط شبیه‌سازی‌شده محیط معده، آن‌ها توانستند به وضوح مشاهده کنند که دوز اول دارو به همراه ترکیبات منیزیم به سرعت آزاد شد، در حالی که دو محفظه دیگر، آزادسازی تدریجی‌تر دارو را در طول زمان‌های مشخص‌شده به دنبال داشتند.
انتخاب داروی پارکینسون برای این آزمایش تصادفی نبوده است. محققان معتقدند که حفظ سطح مناسب این دارو در طول شبانه‌روز می‌تواند به بیماران در مدیریت بهتر علائم بیماری کمک شایانی کند. نویسنده اول این مطالعه توضیح می‌دهد: “اگر سطح دارو در بدن بیمار خیلی پایین بیاید، آن‌ها دچار لرزش و سایر علائم حرکتی می‌شوند. اما اگر بتوانیم سطح دارو را به طور ثابت حفظ کنیم، می‌توانیم به حفظ ثبات حرکتی بیمار کمک کنیم. کپسول ما این پتانسیل را دارد که این ثبات را در طول روز تضمین کند و بنابراین بیماران دیگر نیازی به نگرانی در مورد زمان‌بندی دقیق مصرف هر دوز نخواهند داشت.”
کاربردهای بالقوه این فناوری نوآورانه بسیار گسترده است. برای مثال، در درمان بیماری‌های قلبی عروقی، می‌توان کپسولی طراحی کرد که دوز آسپرین را در صبح، یک بتا بلاکر را در بعد از ظهر و داروی کاهنده کلسترول را در شب آزاد کند. این امر می‌تواند به بهبود اثربخشی درمان و افزایش میزان پایبندی بیماران به برنامه‌های دارویی پیچیده کمک کند.
در حال حاضر، محققان در تلاش برای توسعه نسل‌های بعدی این کپسول هوشمند هستند. آن‌ها قصد دارند راه‌هایی را برای طراحی کپسول‌هایی بررسی کنند که بتوانند داروها را برای مدت زمان طولانی‌تری، حتی بیش از یک روز، به طور برنامه‌ریزی‌شده آزاد کنند. همچنین، تحقیق بر روی امکان طراحی کپسول‌هایی که قادر به آزادسازی داروها در بخش‌های مختلف دستگاه گوارش با فواصل زمانی دقیق‌تر باشند، از دیگر اهداف آتی این تیم تحقیقاتی است. این پیشرفت‌ها می‌توانند تحولی بنیادین در نحوه دارورسانی و درمان بسیاری از بیماری‌ها ایجاد کنند و کیفیت زندگی بیماران را به طور چشمگیری ارتقا بخشند.