Miếng dán vi kim PVA đưa insulin qua da: Giải pháp điều trị tiểu đường ít xâm lấn và an toàn sinh học

Các phương pháp đưa insulin truyền thống (chủ yếu là tiêm dưới da) dù mang lại hiệu quả điều trị rõ rệt nhưng vẫn tồn tại nhiều hạn chế, ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng sống và mức độ tuân thủ điều trị của người bệnh.

Chính vì vậy, việc phát triển các phương thức đưa insulin thay thế, có mức xâm lấn tối thiểu, an toàn sinh học và dễ sử dụng, đang là xu hướng nghiên cứu được quan tâm mạnh mẽ trên thế giới.

Hệ vi kim polyvinyl alcohol (PVA) - bước tiến công nghệ giúp đưa insulin qua da không đau, giảm xâm lấn

Tiêm insulin thường gây đau, tạo tâm lý sợ kim, đặc biệt ở trẻ em và người cao tuổi, đồng thời gây bất tiện khi phải thực hiện nhiều lần trong ngày. Ngoài ra, việc hấp thu insulin qua đường tiêm ở một số trường hợp có thể không ổn định, dẫn đến biến thiên đường huyết và làm tăng nguy cơ biến chứng.

Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, Viện Hóa học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã triển khai đề tài “Nghiên cứu chế tạo miếng dán hệ vi kim bằng vật liệu an toàn sinh học trên cơ sở polyvinyl alcohol (PVA) giúp đưa insulin vào cơ thể ứng dụng trong điều trị bệnh tiểu đường”.

Đề tài được Bộ Khoa học và Công nghệ phê duyệt và thực hiện trong khuôn khổ Chương trình Phát triển khoa học cơ bản trong lĩnh vực hóa học, khoa học sự sống, khoa học trái đất và khoa học biển giai đoạn 2017-2025, tầm nhìn đến năm 2030.

Mục tiêu xuyên suốt của đề tài là nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thành công miếng dán hệ vi kim chứa insulin, có khả năng đưa insulin qua da một cách hiệu quả, an toàn, hướng tới thay thế hoặc hỗ trợ phương pháp tiêm truyền thống đang được sử dụng phổ biến trong điều trị bệnh tiểu đường.

Hệ vi kim (microneedle) được nhóm nghiên cứu lựa chọn phát triển là một cấu trúc gồm hàng trăm đến hàng nghìn kim siêu nhỏ, có chiều dài chỉ vài trăm micromet. Khi dán lên da, các vi kim này có khả năng xuyên qua lớp sừng - lớp bảo vệ ngoài cùng của da - để tạo ra các vi kênh dẫn thuốc, nhưng không chạm đến các đầu dây thần kinh cảm giác sâu hơn.

Nhờ đó, quá trình đưa thuốc hầu như không gây đau, giảm đáng kể mức độ xâm lấn và nguy cơ tổn thương da so với tiêm truyền thống.

Trong nghiên cứu này, PVA được lựa chọn làm vật liệu nền cho hệ vi kim nhờ nhiều ưu điểm nổi bật như tính tương thích sinh học cao, an toàn với da, dễ tạo hình và có khả năng hòa tan hoặc trương nở phù hợp với cơ chế giải phóng thuốc.

Nhóm nghiên cứu đã tập trung tối ưu hóa thành phần vật liệu PVA nhằm đảm bảo đồng thời các yêu cầu về cơ tính tạo kim, độ bền cơ học, khả năng xuyên da, cũng như khả năng mang và giải phóng insulin hiệu quả.

Song song với việc phát triển vật liệu nền, đề tài còn triển khai các hướng tiếp cận tích hợp insulin dưới nhiều cấu hình khác nhau.

Bên cạnh việc nạp insulin trực tiếp vào hệ vi kim, nhóm nghiên cứu còn khảo sát các dạng nano mang insulin và các hệ giải phóng thông minh, hướng tới mục tiêu nâng cao độ ổn định của insulin, cải thiện khả năng kiểm soát giải phóng và tăng tính ứng dụng trong điều kiện thực tế.

Toàn bộ quá trình nghiên cứu được triển khai theo một chuỗi logic chặt chẽ. Trước hết, nhóm nghiên cứu tiến hành tổng hợp, phân tích hiện trạng điều trị bệnh tiểu đường và các sản phẩm liên quan trong và ngoài nước nhằm xác định các yêu cầu kỹ thuật và tiêu chí ứng dụng cho sản phẩm.

Trên cơ sở đó, vật liệu nền PVA được nghiên cứu, điều chỉnh thành phần và điều kiện chế tạo để đạt được sự cân bằng tối ưu giữa cơ tính, khả năng tương thích sinh học và hiệu quả mang - nhả insulin.

Tiếp theo, khuôn vi kim được thiết kế và chế tạo bằng các công nghệ phù hợp, cho phép tạo ra các cấu trúc vi kim đồng đều, có độ lặp lại cao. Từ đó, quy trình chế tạo miếng dán vi kim chứa insulin ở quy mô phòng thí nghiệm đã được xây dựng và hoàn thiện.

Các sản phẩm thu được được đánh giá toàn diện thông qua các thử nghiệm in vitro, bao gồm kiểm tra độ ổn định của insulin, khả năng mang và giải phóng hoạt chất, cũng như độc tính tế bào.

Kết quả thử nghiệm in vivo mở ra triển vọng ứng dụng thực tiễn và phát triển ở quy mô lớn

Đặc biệt, các thử nghiệm in vivo trên mô hình động vật đã mang lại những kết quả rất tích cực. Kết quả cho thấy, miếng dán vi kim PVA chứa insulin có khả năng hạ đường huyết hiệu quả, với mức độ tương đương phương pháp tiêm insulin truyền thống.

Đáng chú ý, đường huyết của động vật thí nghiệm được kiểm soát ổn định hơn, trong khi không ghi nhận các phản ứng bất lợi đáng kể trên da tại vị trí dán. Điều này cho thấy hệ vi kim không chỉ hiệu quả về mặt điều trị mà còn đảm bảo tính an toàn sinh học.

Sau gần 3 năm thực hiện, đề tài đã đạt được nhiều kết quả khoa học và công nghệ quan trọng, đúng với các mục tiêu đề ra ban đầu. Các sản phẩm chính bao gồm: Vật liệu nền và miếng dán hệ vi kim chứa insulin, quy trình công nghệ chế tạo, bộ hướng dẫn sử dụng, các báo cáo đánh giá an toàn và hiệu quả, cũng như các công bố khoa học trong và ngoài nước.

Bên cạnh đó, đề tài còn đóng góp vào công tác đào tạo sau đại học và thực hiện đăng ký bảo hộ quyền sở hữu trí tuệ cho các kết quả nghiên cứu.

Từ những kết quả đã đạt được, nhóm nghiên cứu kiến nghị tiếp tục khai thác và phát triển hệ vi kim hydrogel PVA - Dextran - borate nạp insulin theo hướng ứng dụng thực tiễn. Hệ vi kim này cho thấy khả năng hạ đường huyết hiệu quả, tính an toàn cao, độ ổn định tốt và đặc biệt là cơ chế giải phóng insulin đáp ứng glucose rõ rệt. Đây là những yếu tố quan trọng, tạo cơ sở khoa học vững chắc để xem xét triển khai các bước nghiên cứu tiếp theo.

Trong giai đoạn tiếp theo, nhóm nghiên cứu đề xuất mở rộng quy mô nghiên cứu, tiến hành các thử nghiệm tiền lâm sàng và từng bước xây dựng mô hình sản xuất thử nghiệm (pilot-scale). Việc phát triển mô hình pilot sẽ giúp đánh giá toàn diện khả năng ứng dụng của công nghệ ở quy mô lớn hơn, bao gồm chi phí sản xuất, độ ổn định sản phẩm theo lô, khả năng đóng gói - bảo quản và mức độ tương thích với các dây chuyền công nghệ hiện có trong lĩnh vực y sinh.

Bên cạnh đó, các nghiên cứu bổ sung cũng được khuyến nghị triển khai, như tối ưu hóa công thức nạp insulin, nâng cao độ ổn định của insulin trong thời gian bảo quản dài hạn, mở rộng sang các loại insulin tác dụng nhanh hoặc tác dụng kéo dài nhằm tăng tính linh hoạt của sản phẩm. Các đánh giá sâu hơn về khả năng giảm kích ứng da, khả năng tái sử dụng khuôn vi kim, tính tương thích với da người và mức độ thâm nhập insulin trong mô người ex vivo cũng là những bước quan trọng trước khi tiến hành thử nghiệm lâm sàng.

Với những kết quả đạt được, công nghệ miếng dán vi kim đưa insulin qua da được kỳ vọng sẽ trở thành một hướng đi mới đầy tiềm năng trong điều trị bệnh tiểu đường. Nếu được tiếp tục đầu tư và phát triển, sản phẩm không chỉ góp phần nâng cao hiệu quả điều trị mà còn cải thiện đáng kể chất lượng sống, giảm gánh nặng tâm lý và tăng khả năng tuân thủ điều trị cho người bệnh trong tương lai./.