Para insinyur MIT telah menemukan cara untuk mengemas obat antibodi ke dalam partikel kecil dan sangat terkonsentrasi yang dapat disuntikkan melalui jarum suntik standar. Kemajuan ini dapat mengubah infus rumah sakit yang memakan waktu berjam-jam menjadi suntikan cepat, sehingga pengobatan yang menyelamatkan nyawa menjadi lebih mudah diakses.
Bagi banyak penderita kanker, gangguan autoimun, atau infeksi serius, pengobatan berarti berjam-jam duduk di kursi rumah sakit, terhubung dengan infus obat antibodi. Teknologi baru dari para insinyur MIT menunjukkan masa depan di mana banyak obat yang sama dapat diberikan dalam hitungan menit dengan suntikan sederhana.
Tim tersebut telah mengembangkan cara untuk mengubah larutan antibodi, yang biasanya terlalu encer dan terlalu kental untuk disuntikkan, menjadi partikel padat kecil yang tersuspensi dalam cairan. Setiap partikel dikemas dengan antibodi pada konsentrasi yang cukup tinggi sehingga dosis penuh dapat masuk ke dalam sekitar 2 mililiter — volume suntikan subkutan biasa.
Jika pendekatan ini berhasil diterapkan di klinik, terapi antibodi yang ampuh bisa menjadi jauh lebih nyaman dan mudah diakses, terutama bagi orang-orang yang kesulitan untuk pergi ke pusat infus.
Penulis utama, Talia Zheng, seorang mahasiswa pascasarjana MIT, mencatat bahwa pergeseran demografis membuat inovasi semacam ini menjadi mendesak.
“Seiring bertambahnya usia populasi global, menjadikan proses pengobatan lebih nyaman dan mudah diakses bagi populasi tersebut adalah sesuatu yang perlu ditangani,” katanya dalam siaran pers.
Penelitian ini diterbitkan dalam jurnal Advanced Materials.
Antibodi dalam kantung, bukan dalam jarum suntik.
Antibodi terapeutik, seperti rituximab untuk kanker tertentu, adalah protein besar dan kompleks yang dilarutkan dalam larutan berbasis air. Antibodi ini digunakan untuk mengobati berbagai kondisi, mulai dari tumor dan penyakit menular hingga gangguan autoimun seperti rheumatoid arthritis, penyakit radang usus, dan multiple sclerosis.
Saat ini, obat-obatan ini biasanya diformulasikan dalam konsentrasi rendah — sekitar 10-30 miligram antibodi per mililiter cairan. Itu berarti satu dosis dapat membutuhkan setidaknya 100 mililiter cairan, jumlah yang terlalu banyak untuk disuntikkan melalui jarum kecil ke dalam jaringan di bawah kulit.
Untuk mengecilkan volume tersebut menjadi sesuatu yang dapat disuntikkan, produsen obat perlu meningkatkan konsentrasinya sekitar sepuluh kali lipat, menjadi sekitar 300 miligram per mililiter atau lebih. Tetapi ketika Anda mencoba untuk sekadar memekatkan formulasi yang sudah ada, cairan tersebut menjadi sangat kental dan sulit mengalir melalui jarum suntik.
“Anda tidak dapat memekatkan formulasi yang ada hingga konsentrasi ini,” kata penulis senior Patrick Doyle, Profesor Teknik Kimia Robert T. Haslam di MIT, dalam siaran pers. “Formulasi tersebut akan sangat kental dan akan melebihi ambang batas kekuatan yang dapat Anda suntikkan ke pasien.”
Pada tahun 2023, laboratorium Doyle menunjukkan bahwa mengkapsulasi antibodi dalam partikel hidrogel dapat meningkatkan konsentrasi, tetapi metode sebelumnya bergantung pada sentrifugasi — memutar sampel dengan kecepatan tinggi — suatu langkah yang sulit untuk ditingkatkan skalanya untuk manufaktur industri.
Dari emulsi hingga partikel antibodi padat
Dalam studi terbaru ini, para peneliti mengambil pendekatan berbeda yang menghindari sentrifugasi dan dirancang dengan mempertimbangkan produksi skala besar.
Mereka memulai dengan membuat emulsi, yaitu campuran dua cairan yang tidak bercampur, mirip dengan minyak dan cuka. Dalam hal ini, tetesan kecil larutan antibodi encer tersuspensi dalam pelarut organik yang disebut pentanol.
Di dalam setiap tetesan, tim menambahkan sejumlah kecil polietilen glikol, atau PEG, polimer yang umum digunakan dalam obat-obatan dan produk konsumen. PEG membantu menstabilkan antibodi saat tetesan mengalami dehidrasi.
Dengan hati-hati menghilangkan air dari tetesan, para peneliti mampu meninggalkan partikel padat yang hampir seluruhnya terbuat dari antibodi, dengan konsentrasi sekitar 360 miligram per mililiter — lebih tinggi daripada yang dibutuhkan untuk sebagian besar formulasi suntik.
Setelah partikel padat terbentuk, pentanol di sekitarnya dihilangkan dan diganti dengan larutan berair yang mirip dengan cairan yang saat ini digunakan untuk infus antibodi IV: air dengan garam terlarut dan sejumlah kecil polimer penstabil. Hasil akhirnya adalah suspensi partikel kaya antibodi dalam cairan yang masih dapat mengalir melalui jarum.
Yang terpenting, proses perakitan dapat dilakukan dengan cepat menggunakan perangkat mikrofluida — sistem yang mengontrol aliran cairan kecil secara presisi — dan tidak memerlukan sentrifugasi. Hal ini membuatnya lebih kompatibel dengan peralatan emulsifikasi industri dan standar praktik manufaktur yang baik (GMP).
“Pendekatan pertama kami agak kasar, dan ketika kami mengembangkan pendekatan baru ini, kami mengatakan bahwa itu harus sederhana jika ingin lebih baik dan dapat diskalakan,” tambah Doyle.
Dirancang agar dapat disuntikkan.
Agar bermanfaat di klinik, formulasi baru tersebut tidak hanya harus terkonsentrasi tetapi juga mudah disuntikkan.
Tim MIT menunjukkan bahwa mereka dapat mengatur ukuran partikel, dari sekitar 60 hingga 200 mikron diameternya, dengan menyesuaikan laju aliran dalam perangkat mikrofluida mereka. Untuk uji kemampuan injeksi, mereka fokus pada partikel berukuran sekitar 100 mikron.
Dengan menggunakan alat pengukur gaya mekanik, mereka mengukur berapa banyak gaya yang dibutuhkan untuk mendorong pendorong jarum suntik yang berisi suspensi partikel. Gaya yang dibutuhkan kurang dari 20 newton — jauh di bawah apa yang umumnya dianggap dapat diterima untuk suntikan subkutan.
“Itu kurang dari setengah kekuatan maksimum yang dapat diterima yang biasanya diupayakan orang, jadi sangat mudah disuntikkan,” tambah Zheng.
Dengan menggunakan jarum suntik standar berukuran 2 mililiter, para peneliti menghitung bahwa lebih dari 700 miligram antibodi dapat diberikan dalam sekali suntik. Kisaran dosis tersebut cukup untuk banyak terapi antibodi yang sudah ada.
Tim tersebut juga menemukan bahwa formulasi mereka tetap stabil setidaknya selama empat bulan ketika disimpan di lemari pendingin, pertimbangan penting untuk penggunaan di dunia nyata di klinik dan apotek.
Apa selanjutnya
Sejauh ini, penelitian tersebut berfokus pada formulasi fisik dan kemampuan injeksi partikel antibodi, bukan pada pengujian seberapa baik antibodi tersebut bekerja di dalam tubuh. Langkah selanjutnya para peneliti termasuk mengevaluasi kinerja terapeutik dan keamanan formulasi ini pada model hewan.
Mereka juga berupaya meningkatkan skala proses manufaktur di luar laboratorium, menggunakan sistem emulsifikasi yang lebih besar yang dapat menghasilkan cukup material untuk pengujian ekstensif dan, pada akhirnya, uji coba pada manusia jika pendekatan ini terbukti menjanjikan.
Jika berhasil, teknologi ini dapat membantu mengalihkan banyak perawatan antibodi dari pusat infus rumah sakit ke klinik rawat jalan, praktik dokter, atau bahkan perawatan di rumah, serupa dengan cara pemberian insulin dan beberapa obat biologis saat ini.
Pergeseran tersebut tidak hanya akan menghemat waktu bagi pasien dan pengasuh, tetapi juga dapat mengurangi biaya dan meringankan tekanan pada sistem kesehatan, terutama karena permintaan akan terapi antibodi terus meningkat.