微粒提供了一种有前途的方式，可以一次传递多种剂量的药物或疫苗，因为可以将微粒设计为以特定的时间间隔释放其有效载荷。但是，大约只有一粒沙大小的颗粒可能很难注入，因为它们可能会被典型的注射器堵塞。

麻省理工学院的研究人员现在已经开发出一种计算模型，可以帮助他们改善此类微粒的可注射性并防止堵塞。该模型分析各种因素，包括颗粒的大小和形状，以确定可注射性的最佳设计。

使用该模型，研究人员能够成功注射的微粒百分比增加了六倍。他们现在希望使用该模型来开发和测试可用于递送癌症免疫治疗药物的微粒，以及其他潜在应用。

麻省理工学院科赫综合癌症研究所的研究科学家Ana Jaklenec说：“这是一个框架，可以帮助我们利用我们在实验室中开发的某些技术，并尝试进入临床。” 。

麻省理工学院戴维·H·科赫研究所教授Jaklenec和罗伯特·兰格(Robert Langer)是该研究的资深作者，该研究今天发表在《科学进展》上。该论文的主要作者是麻省理工学院的研究生Morteza Sarmadi。

微粒模型

微粒的大小范围为1到1,000微米(百万分之一米)。许多研究人员正在研究使用由聚合物和其他材料制成的微粒来递送药物，并且FDA已经批准了大约十二种这样的药物制剂。但是，其他人由于注射困难而失败。

Jaklenec说：“主要问题是系统中某处发生堵塞，导致无法完全输送剂量。”“由于可注射性的挑战，这些药物中的许多都无法实现。”

这类药物通常是静脉内注射或在皮肤下注射。Sarmadi说，确保这些药物成功到达目的地是药物开发过程中的关键一步，但这是最后要做的一步，并且可能阻碍原本有希望的治疗。

他说：“可注射性是药物成功与否的主要因素，但很少有人关注改善给药技术。”“我们希望我们的工作可以改善新型和先进的控释药物制剂的临床翻译。”

Langer和Jaklenec一直在研究可以填充多种剂量的药物或疫苗的空心微粒。可以将这些粒子设计为在不同时间释放其有效载荷，从而消除多次注入的需要。

为了改善这些微粒和其他微粒的可注射性，研究人员通过实验分析了改变微粒的大小和形状，悬浮液的粘度以及用于输送微粒的注射器和针头的大小和形状的影响。 。他们测试了不同大小的立方体，球体和圆柱状颗粒，并测量了每一个的可注射性。

然后，研究人员使用这些数据来训练一种称为神经网络的计算模型，以预测每个参数如何影响可注射性。结果最重要的因素是粒度，溶液中的颗粒浓度，溶液的粘度和针头大小。研究药物递送微粒的研究人员只需将这些参数输入模型，即可预测其微粒的可注射性，从而节省了他们花时间来构建不同版本的微粒并进行实验测试的时间。

Sarmadi表示：“您无需使用实验来回进行，也不知道系统将如何成功，而是可以使用此神经网络，它可以指导您尽早了解系统。”说。

注射能力增强

研究人员还使用他们的模型来探索改变注射器形状如何影响可注射性。他们提出了类似于喷嘴的最佳形状，其直径朝着尖端逐渐变细。使用这种注射器设计，研究人员测试了他们在2017年《科学》研究中描述的微粒的可注射性，发现它们将输送的微粒百分比从15%提高到几乎90%。

Sarmadi说：“这是最大化作用在颗粒上并将颗粒推向针头的力的另一种方法。”“这是一个令人鼓舞的结果，表明微粒系统的可注射性还有很大的改进空间。”

研究人员现在正在研究设计优化的系统，以递送癌症免疫疗法药物，该系统可以帮助刺激破坏肿瘤细胞的免疫反应。他们认为，这些类型的微粒还可以用于运送各种疫苗或药物，包括小分子药物和生物制剂，其中包括大分子，如蛋白质。