โฟมชีวภาพกับการรักษาโรคที่เกี่ยวกับกระเพาะปัสสาวะ

โฟมจากพลาสติกชีวภาพได้ถูกพัฒนาขึ้นในประเทศเยอรมัน มันถูกใช้เป็นตัวส่งยาเพื่อรักษาโรคเกี่ยวกับกระเพาะปัสสาวะที่พบบ่อย เช่น โรคกระเพาะปัสสาวะไวเกิน (Over Active Bladder) โดยพลาสติกชีวภาพนี้ทำจากโคพอลิเมอร์ที่เกิดจากมอนอเมอร์ของกรดแลคติกและกรดไกลโคลิก กรดทั้งสองชนิดนี้มักได้จากต้นไม้ซึ่งใช้รากทำน้ำตาล (sugar beets) สถาบันการแปรรูปพลาสติก (IKV) ที่มหาวิทยาลัย RWTH Aachen (เมืองอาเค้นท์ ประเทศเยอรมนี) เป็นพันธมิตรกับองค์กรด้านการวิจัยอื่นๆ ในการทำระบบส่งยาที่ประกอบด้วยการบรรจุตัวยาในพอลิเมอร์ เมทริกซ์ เรียกอีกอย่างว่า microspheres ซึ่งจะถูกฝังในโฟมที่ดูดซับในระบบส่งยา ระบบส่งยาที่พัฒนาในประเทศเยอรมันนั้น IKV ซึ่งเป็นผู้ผลิตได้อธิบายว่าเป็นกระบวนการควบคุมการขยายตัวของพอลิเมอร์อิ่มตัว (Controlled Expansion of Saturated Polymers, CESP) เทคโนโลยีนี้พัฒนาให้ดำเนินการได้กับวัสดุที่ไวต่ออุณหภูมิ เช่น  Poly (D,L-lactide-co-glycolide)-co-PEG ซึ่งเป็นพลาสติกที่ใช้รักษาโรคกระเพาะปัสสาวะ

อุณหภูมิต่ำคือหัวใจสำคัญ กระบวนการนี้สามารถดำเนินการในบรรยากาศคาร์บอนไดออกไซด์ที่ความดันสูง (ประมาณ 50 บาร์) และที่อุณหภูมิประมาณ 50 องศาเซลเซียส ซึ่งอุณหภูมิที่ต่ำจะทำให้เกิดการรวมตัวกันของตัวยาที่ไวต่ออุณหภูมิ IKV เริ่มแถลงว่า “การขยายของกระบวนการ CESP โดยผงพอลิเมอร์ที่ผสมกันเป็นโฟมที่มีลักษณะเฉพาะได้ด้วยการควบคุมความดัน เราสามารถปรับแต่งการสลายตัวให้อยู่ในช่วงเวลาการให้ยาทางการแพทย์ได้โดยการหยุดโครงสร้างของโฟม” ยาที่ใช้ในการรักษาโรคกระเพาะปัสสาวะไวเกินซึ่งไม่สามารถกลั้นไว้ได้ ตัวยาจะช่วยผ่อนคลายการหดตัวของกระเพาะปัสสาวะเพื่อปรับการทำงานของกระเพาะปัสสาวะ โดยตัวยานั้นมีหลายประเภทซึ่งอาจใช้เพียงชนิดเดียวหรือใช้ร่วมกันได้ ปัจจุบันการรักษายังคงต้องใส่สายสวนเข้าไปในกระเพาะปัสสาวะเป็นเวลาสั้นๆ โดยทำหลายๆครั้งต่อวัน

กรดไกโคลิกนั้นสามารถหาได้จากแหล่งทรัพยากรหมุนเวียน เช่น อ้อย ต้นบีท สับปะรด แคนตาลูป และองุ่น ส่วนกรดแลคติกทำได้โดยการหมักพวกแป้งหรือน้ำตาล ในสหรัฐอเมริกามักจะใช้ข้าวโพด ขณะที่แหล่งทรัพยากรหมุนเวียนอื่นๆมักใช้กันทั่วไปในยุโรป เช่น อ้อย ต้นบีท แป้งมันสำปะหลัง บทบาทที่สำคัญของ IKV ในโครงการนี้คือการพัฒนาระบบส่งยาด้วยโฟม โดยร่วมมือกับ Dr. Pfleger GmbH, Hemoteq AG, DWI ที่ RWTH Aachen และแผนกโรคทางเดินปัสสาวะของมหาวิทยาลัยพยาบาลของเมืองอาเค้นท์

Bioplastic copolymer is foamed to treat bladder disease

A foamed bioplastic is being developed in Germany as a drug carrier for treatment of common diseases of the urinary bladder such as overactive bladder. The bioplastic is made of a copolymer of derivatives of lactic and glycolic acids. Both are often made from sugar beets.

The Institute of Plastics Processing (IKV) at RWTH Aachen University (Aachen, Germany) is partnering with other research organizations on the potential use of a drug delivery system consisting of a drug-loaded polymer matrix. Also called microspheres, the matrix is embedded in a foamed absorbable carrier system.

The idea of loading drugs in a polymer matrix to treat medical symptoms directly where they are needed took off a decade ago with the development of drug-eluting stents to treat coronary disease. One of the original plastics was a polymerized type of anhydride crossed with sebacic acid developed at the Massachusetts Institute of Technology.

The carrier system under development in Germany is manufactured at IKV in what it describes as the CESP process (Controlled Expansion of Saturated Polymers). The technology was developed to process temperature-sensitive materials such as poly (D,L-lactide-co-glycolide)-co-PEG. That's the plastic used in the urinary bladder treatment under investigation.

Low temperature is key

It can be processed in a carbon dioxide atmosphere at high pressure (approx. 50 bar) and at temperatures of approximately 50°C (122ºF). The relatively low processing temperature permits the incorporation of thermally sensitive pharmaceutical additives.

"By an extension of the CESP process, a powdery polymer microsphere mixture can be foamed specific via a pressure controlled, continuous variable discharge," IKV stated in a press release. "The adjustment of the degradation of the carrier system to medically necessary periods is possible by the termination of the foam structure. For reproducible manufacturing of the carrier system in the range of micrograms a dosing unit and adapted cavities are integrated into the process chain."

Medications used to treat overactive bladder, also described as urge incontinence, attempt to relax bladder contractions to improve bladder function. There are several types of medications that may be used alone or together. Current administration of the medicines can require regular catheterization in short time intervals, often several times a day.

An IKV official said that extension of the CESP process may allow application of absorbable, drug-eluting implants to porous osteosynthesis plates or coronary stents.

Glycolic acid can be isolated from renewable sources, such as sugarcane, sugar beets, pineapple, cantaloupe, and unripe grapes. Lactic acid is made by the fermentation of carbohydrates like sugar or starch.  Corn is often used in the United States while other renewable resources are commonly used in Europe. Examples are cane sugar, beet sugar, and tapioca starch.

IKV's role in the project is to develop the foamed carrier system. Other partners are Dr. Pfleger GmbH, Hemoteq AG, DWI at RWTH Aachen, and the department of Urology of the University Hospital Aachen (UKA).

The project is funded by the German Federal Ministry for Education and Research (No. 13 N 11306).