Идера Лаваль всегда интересовалась татуировками.
Так что, когда ему поручили изучить, как механизмы татуировки можно использовать в качестве системы внутрикожной доставки лекарств, это было как нельзя кстати.
В качестве квалификационного экзамена для своей докторской программы Лаваль, докторант кафедры химического машиностроения, расположенного в Инженерном колледже Эдварда Э. Уитакра-младшего Техасского технологического университета, получил шесть недель на разработку проекта по исследованию физики, связанной с внутрикожная доставка лекарств с помощью тату-устройств.
Лаваль сдал квалификационный экзамен, но на этом его интерес к проекту не закончился.
«Я заинтересовался этим, потому что не знал, что люди действительно исследуют татуировки », — сказал он. «У меня нет своей собственной, но я нахожу татуировки действительно крутыми. Так что я подумал: «Вау, да, я в деле». Даже после того, как я закончил проект, я продолжал работать над ним до такой степени, что смог опубликовать статью».
Статья «Визуализация доставки лекарств с помощью татуировки: влияние частоты возвратно-поступательного движения иглы и свойств жидкости» была опубликована в журнале «Визуализация» в январе и посвящена изучению физики, лежащей в основе процесса татуировки, с помощью высокоскоростной визуализации.
В марте Лаваль представил свое исследование на собрании Американского физического общества с видео, демонстрирующим его работу.
«В моей лаборатории есть эти высокоскоростные камеры, которые замедляют процесс, потому что, опять же, эти иглы движутся очень, очень быстро», — объяснил Лаваль. «Скорости варьируются от 46 инъекций в секунду до примерно 200 инъекций в секунду.
«В нашей лаборатории мы записываем каждую инъекцию в замедленном режиме , и у нас есть модели кожи . Мы можем наблюдать, как эти чернила доставляются в кожу и какой механизм это приводит в действие».
В то время как в предыдущих исследованиях изучался потенциал татуировки как метода инъекции наркотиков, было мало понимания гидродинамики, связанной с этим процессом. Исследование Лаваля дало представление о другом методе доставки жидкостей, который может стать полезной системой для введения вакцин в будущем.
Как это работает
В настоящее время вакцины вводятся с помощью игл для подкожных инъекций . Иглы полые, и механизм доставки заключается в том, чтобы протолкнуть их через кожу в мышцу, нажать на шприц и протолкнуть жидкости через полую трубку иглы.
Иглы для татуировки работают по-другому. Вместо того, чтобы быть полым и через него проходит жидкость, татуировочная игла погружается в чернила. И, в отличие от иглы для подкожных инъекций, цель татуировочной иглы — не проникнуть в мышцу, а проколоть кожу.
Когда татуировочная игла вытягивается, небольшая колотая рана, созданная микротравмой, начинает закрываться и заполняется чернилами, в которые была погружена игла .
С помощью высокоскоростных камер Левал смог продемонстрировать, как именно доставляются чернила и как реагирует кожа, самый большой орган в человеческом теле.
Именно эта реакция может привести к медицинскому прорыву.
«То, что у вас есть в конце татуировки, — это сотни, может быть, даже тысячи микротравм от этих маленьких иголок», — сказал Лаваль. «Это приводит к воспалительной реакции иммунной системы, а вместе с ней и потоку иммунных клеток».
Каждое повреждение на коже привлекает иммунные клетки к поврежденному участку, в том числе дермальные иммунные клетки, называемые фибробластами .
«Иммунные клетки всегда патрулируют», — объяснил Лаваль. «Как только они находят что-то, самозванца — что обычно происходит из-за того, что иммунные клетки связываются с антигеном этого самозванца, — они могут затем сигнализировать о том, чтобы больше иммунных клеток наводнили это место. Это якобы происходит в местах микротравм и является предполагаемой причиной. для повышенного иммунного ответа».
В исследовании Лавала также рассматривалась вязкость вводимых жидкостей, что является важным фактором для потенциального использования игл для татуировок в области медицины, где ДНК-вакцины обычно слишком густые, чтобы циркулировать внутримышечно.
Использование игл для татуировки дает возможность наносить вакцины на большую площадь кожи с помощью нескольких небольших проколов. Большая площадь применения и реакция иммунной системы организма также позволяют использовать меньшие дозы и меньше побочных эффектов.
