Skip to main content

LUP Student Papers

LUND UNIVERSITY LIBRARIES

Self-Propelled Microneedles for Oral Delivery of Macromolecules

Nisula, Casper LU (2023) KLGM15 20231
Food Technology and Nutrition (M.Sc.)
Abstract
This study investigates the manufacturing and application of enteric polymeric microneedles
loaded with active pharmaceutical ingredients and combined with photoresponsive
dyes used for micromotor motion. The aim is to present an alternative
method for orally delivering macromolecules. Although needle fear among patients
has led to investigations into alternative routes of administration for macromolecules,
research on orally consumed microneedles that only penetrate the mucus layer remains
limited. Therefore, this study focuses on demonstrating the application of microneedles
in oral delivery through a suggested fabrication process, in vitro release studies,
and motion investigations.
In the presented report, a method for... (More)
This study investigates the manufacturing and application of enteric polymeric microneedles
loaded with active pharmaceutical ingredients and combined with photoresponsive
dyes used for micromotor motion. The aim is to present an alternative
method for orally delivering macromolecules. Although needle fear among patients
has led to investigations into alternative routes of administration for macromolecules,
research on orally consumed microneedles that only penetrate the mucus layer remains
limited. Therefore, this study focuses on demonstrating the application of microneedles
in oral delivery through a suggested fabrication process, in vitro release studies,
and motion investigations.
In the presented report, a method for fabrication of individual drug loaded microneedles
combined with micromotor motion dyes was successfully developed. The needles
were produced within pH-responsive material that allow gastric protection and targeted
release of the selected active pharmaceutical compounds. In vitro investigations
into the release rate show that the enteric capabilities of the polymer are preserved.
Elemental analysis indicated the presence of at least one of the dye labels inside a
needle structure. Furthermore, it has been proven that motion can be induced via
near-infrared light (NIR) irradiation over 5 minutes of time.
Overall, the study has answered the questions relevant to drug formulation but more
research in many aspects of the subject, such as motion studies in extracted mucus
or ex vivo permeation studies by using pig intestine, is necessary. These findings are
important to further develop the possibility of creating formulations for oral delivery
of macromolecules. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Att ta en spruta kan vara en obehaglig upplevelse för många. Blir man diagnostiserad
med exempelvis diabetes innebär detta i de flesta fall att man har en livslång resa
framför sig med daglig tillförsel av insulin. Men vad är det egentligen som gör att
man inte kan få sitt insulin via ett piller istället för en spruta och är det möjligt att
ta inspiration från den traditionella sprutan för att designa en smärtfri och bekväm
lösning som kan leverera läkemedel inuti kroppen?
De flesta människor väljer att ta sin medicin i pillerformat istället för via en spruta. I
många fall går detta, men när det kommer till stora molekyler, s.k makromolekyler, är
det lite svårare. På grund av kroppens försvarssystem kan inte stora molekyler tas upp... (More)
Att ta en spruta kan vara en obehaglig upplevelse för många. Blir man diagnostiserad
med exempelvis diabetes innebär detta i de flesta fall att man har en livslång resa
framför sig med daglig tillförsel av insulin. Men vad är det egentligen som gör att
man inte kan få sitt insulin via ett piller istället för en spruta och är det möjligt att
ta inspiration från den traditionella sprutan för att designa en smärtfri och bekväm
lösning som kan leverera läkemedel inuti kroppen?
De flesta människor väljer att ta sin medicin i pillerformat istället för via en spruta. I
många fall går detta, men när det kommer till stora molekyler, s.k makromolekyler, är
det lite svårare. På grund av kroppens försvarssystem kan inte stora molekyler tas upp
i blodomloppet från varken mun, svalg eller magsäck. Detta innebär att molekylen
måste genomgå en resa genom alla dessa delar av kroppen för att till slut anlända
till tunntarmen där den kan färdas ut i blodet. Och inte nog med att kroppen inte
tillåter molekylerna att komma in i blodomloppet, kroppen bekämpar aktivt större
molekyler i magsäcken med sin starka syra och olika beskyddande protein. Om en
makromolekyl mot förmodan skulle ta sig in i tunntarmen dyker dock ett problem till
upp: tunntarmen skyddas av en slemhinna som har till syfte att stoppa stora molekyler
och partiklar från att tränga igenom, vilket innebär att utsöndringen av molekylen i
blodomloppet blir mycket lägre än den hade blivit av en direkt injektion i muskler
eller i fettvävnad.
I denna studie presenteras en potentiell lösning till dessa problem: nålar som är så pass
små att de kan ta sig igenom endast slemhinnan i tunntarmen och utsöndra maximal
mängd läkemedel. Genom att tillverka dessa nålar i material som skyddar mot starka
syror kan de komma förbi magsäcken och gå ut i tunntarmen. Dessutom förenades
nålarna med s.k mikromotorer vilket är en typ av material som gör att små strukturer
kan röra sig med hjälp av extern stimulans. För att skydda kroppens ömtåliga innanmäte
tillverkades nålarna av en biologiskt kompatibel plast. Dessa nålar är så pass små
att en stor mängd av dem i framtiden skulle kunna förpackas i ett piller och tas helt av
patienten själv. Detta skulle underlätta för patienter med sjukdomar så som diabetes,
samt skulle i längden kunna möjliggöra exempelvis vaccinationer i pillerformat. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Nisula, Casper LU
supervisor
organization
course
KLGM15 20231
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
pharmaceutical technology, microneedles, micromotors, drug delivery
language
English
id
9129860
date added to LUP
2023-06-26 09:50:13
date last changed
2023-06-26 09:50:13
@misc{9129860,
  abstract     = {{This study investigates the manufacturing and application of enteric polymeric microneedles
loaded with active pharmaceutical ingredients and combined with photoresponsive
dyes used for micromotor motion. The aim is to present an alternative
method for orally delivering macromolecules. Although needle fear among patients
has led to investigations into alternative routes of administration for macromolecules,
research on orally consumed microneedles that only penetrate the mucus layer remains
limited. Therefore, this study focuses on demonstrating the application of microneedles
in oral delivery through a suggested fabrication process, in vitro release studies,
and motion investigations.
In the presented report, a method for fabrication of individual drug loaded microneedles
combined with micromotor motion dyes was successfully developed. The needles
were produced within pH-responsive material that allow gastric protection and targeted
release of the selected active pharmaceutical compounds. In vitro investigations
into the release rate show that the enteric capabilities of the polymer are preserved.
Elemental analysis indicated the presence of at least one of the dye labels inside a
needle structure. Furthermore, it has been proven that motion can be induced via
near-infrared light (NIR) irradiation over 5 minutes of time.
Overall, the study has answered the questions relevant to drug formulation but more
research in many aspects of the subject, such as motion studies in extracted mucus
or ex vivo permeation studies by using pig intestine, is necessary. These findings are
important to further develop the possibility of creating formulations for oral delivery
of macromolecules.}},
  author       = {{Nisula, Casper}},
  language     = {{eng}},
  note         = {{Student Paper}},
  title        = {{Self-Propelled Microneedles for Oral Delivery of Macromolecules}},
  year         = {{2023}},
}