Needle Free Injection Technology

Iniezioni senza ago: la siringa del futuro

Una nuova era per chi ha paura degli aghi e delle punture? Grazie (anche) alla tecnologia laser e a studi e ricerche che hanno creato nuovi dispositivi in grado di iniettare i farmaci sottocute, è sempre più in auge il tema delle iniezioni senza ago. Vediamo a che punto è oggi, come funziona e quali vantaggi offre la tecnologia NFIT

Pubblicato il 23 Mag 2022

Iniezioni senza ago: potrebbe essere l’alba di una nuova era per chi ha paura degli aghi e delle punture. La speranza di dire addio alla blenofobia (e non solo) è trainata da un nuovo dispositivo medico che consente di fare iniezioni senza ago usando una sorta di “siringa senza ago”. A idearlo è stato un gruppo di ricercatori dell’Università olandese Twente University guidati da David Fernandez Rivas, un ricercatore affiliato al MIT (Massachusetts Institute of Technology) e Guest Professor presso EPFL (Ecole polytechnique fédérale de Lausanne).

Iniezioni senza ago grazie alla tecnologia laser 

La novità non sta tanto nel dispositivo in sé, di siringhe senza ago ormai si parla da tempo, quanto invece nel sistema usato per iniettare il medicinale, che è frutto di un’idea di Rivas. Si tratta di un sistema di propulsione – chiamato Bubble Gun – che utilizzando un laser riesce a sparare “bolle” (minuscole goccioline) di medicinale alla velocità di 100 km/h, una velocità adatta per penetrare il farmaco sottocute e farlo giungere esattamente dove si desidera che vada, senza aghi e senza punture.

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Il sistema è ancora in fase di studio e – prima che possa arrivare in commercio – serviranno probabilmente 2 o 3 anni. Tuttavia, chi ha paura delle iniezioni non deve necessariamente attendere tanto per poter fare punture senza ago. Le “siringhe senza ago”, infatti, esistono da tempo e sono state usate anche di recente – ad esempio – nella campagna vaccinale contro il Covid.

I vantaggi delle iniezioni senza ago 

Oggi le iniezioni fatte con le siringhe con ago sono un modo comune per somministrare farmaci, ma possono provocare danni ai tessuti, essere fonte di trasmissione di malattie e causare ferite accidentali. Per non parlare poi, appunto, della fobia dell’ago e del dolore. Inoltre, un aspetto spesso sottovalutato è che le siringhe con ago sono difficili da smaltire.

I principali vantaggi delle iniezioni senza ago:

  • vincere la paura degli aghi (blenofobia, tripanofobia, aicmofobia)
  • combattere l’esitazione vaccinale aumentando la diffusione delle vaccinazioni
  • prevenire il rischio di contaminazione associato alle iniezioni tradizionali
  • evitare danni ai tessuti e ferite accidentali
  • ostacolare la trasmissione di infezioni (esempio: uso multiplo dello stesso ago nei Paesi in via di sviluppo)
  • offrire iniezioni potenzialmente indolori
  • possibilità di somministrare farmaci ad alta viscosità
  • facilitare lo smaltimento e ridurre la produzione di rifiuti medici

Per tutti questi motivi, da tempo, diverse aziende si stanno concentrando sullo sviluppo di sistemi di iniezione senza ago usando la tecnologia NFIT (Needle Free Injection Technology).
Queste tecnologie, che sono state pensate per l’iniezione di vari medicinali e vaccini evitando di perforare la pelle con un ago tradizionale, sono disponibili da tempo e mirano a conquistare il mercato delle siringhe senza ago puntando a dimostrare di essere più sicure e sostenibili delle consuete iniezioni con ago per i vantaggi sopra descritti.

Va però osservato che le iniezioni senza ago hanno potenzialmente anche una controindicazione: l’erogazione ad alta pressione dei farmaci, infatti, potrebbe causare danni alle molecole sotto lo strato cutaneo, specialmente nella somministrazione di anticorpi monoclonali. Su questi aspetti, tuttavia, molte delle aziende produttrici di tali dispositivi medici hanno affermato di star lavorando ed effettuando ulteriori studi e ricerche per minimizzarne gli effetti.

NFIT: un mercato in forte crescita 

La domanda e lo sviluppo di sistemi di iniezione senza ago è in crescita costante. E ciò è prevedibile possa portare a una notevole crescita, nei prossimi anni, anche del mercato della tecnologia di somministrazione di farmaci senza ago.
Si prevede (Research and Markets) che il giro d’affari legato ai sistemi di iniezione senza ago raggiungerà i 272 milioni di dollari entro il 2026, da 124 milioni di dollari nel 2021, con un CAGR del 17%.

Il mercato dei sistemi di iniezione senza ago è stato influenzato positivamente anche dalla pandemia di COVID-19, poiché la necessità di vaccinazioni di massa e dispositivi auto-iniettabili è stata al centro dell’attenzione sin dall’inizio dell’epidemia, nel dicembre 2019. Con l’aumentare dei casi a livello globale, i principali attori del mercato dei sistemi di iniezione senza ago hanno investito in ricerca e sviluppo e hanno stretto partnership e accordi con altri attori del settore e agenzie governative: l’obiettivo era sviluppare un sistema di iniezione senza ago per la vaccinazione anti-Covid.

Nell’agosto 2021, la partnership PharmaJet Zydus – Cadila ha annunciato l’approvazione dell’autorizzazione all’uso di emergenza (EUA) per la prima somministrazione al mondo di vaccino Covid-19 a DNA plasmidico tramite iniezione senza ago.
Nell’ottobre 2021, Enesi Pharma ha invece iniziato a sviluppare prodotti vaccinali di nuova generazione per il targeting di malattie infettive e patogeni emergenti. Tra i sistemi di iniezione senza ago utilizzati per il trattamento di condizioni croniche troviamo marchi come InsuJet, Zetajet, Medi-Jector e Injex30.

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Mercato globale dei sistemi di iniezione senza aghi (fonte: Research and Markets)

Come funzionano le iniezioni senza ago 

Gli iniettori senza ago (NFI) svolgono lo stesso compito delle siringhe tradizionali, senza però necessitare dell’uso di un ago. Un NFI guida il liquido attraverso l’orifizio di un ugello (76-360 micrometri di diametro), creando un getto di liquido ad alta velocità che perfora la pelle e fa giungere il farmaco sottocute alla parte grassa o ai muscoli. Progettati negli anni ’40, e da allora sviluppati in una varietà di forme, gli NFI sono stati impiegati in numerosi casi: immunizzazione di massa, somministrazione di insulina, anestetici e ormoni della crescita. Ma anche nella prevenzione del colera, del morbillo, dell’epatite B e della poliomielite.

La tecnologia di iniezione senza ago è un concetto estremamente vasto che include un’ampia gamma di sistemi di somministrazione di farmaci. Tutti spingono i medicinali attraverso la pelle utilizzando vari tipi di forza, come quella di Lorentz, le onde d’urto, la pressione del gas o l’elettroforesi. Sono queste forze che permettono di eliminare l’ago ipodermico.

Di seguito proponiamo una breve rassegna delle tecnologie oggi utilizzabili per produrre dispositivi che permettono di fare iniezioni senza ago.

SISTEMA A MOLLA
Le molle sono state utilizzate per creare energia e hanno dimostrato di essere abbastanza efficaci nei dispositivi NFIT utilizzati per le iniezioni senza ago. D’altra parte, l’accumulo di energia e l’ulteriore trasmittanza tramite una molla è uno dei più facili e semplici NFIT da realizzare. Tuttavia, con questo sistema, la pressione diminuisce gradualmente durante l’iniezione.

ALIMENTAZIONE LASER 
Il primo NFIT laser pensato per le iniezioni senza ago lo si deve al professor Jack Yoh e al suo team (Dipartimento di Ingegneria Meccanica ed Aerospaziale, Seol National University, Corea del Sud). Questo NFIT usa il laser per creare delle esplosioni che “lanciano” getti microscopici di farmaci nella pelle. La tecnologia usa un laser a granato di ittrio drogato con erbio (lo stesso laser utilizzato nella cura del resurfacing della pelle) per guidare un flusso molto fine e preciso di farmaco o medicamento con la giusta quantità di forza.

SISTEMA A PROPULSIONE ENERGETICA
I ricercatori del MIT hanno progettato un dispositivo NFIT che utilizza la forza di Lorentz per spingere un pistone in avanti espellendo il farmaco con pressione e velocità molto elevate (quasi uguali a quelle del suono nell’aria). Il componente principale del dispositivo è l’attuatore di forza di Lorentz, che facilita l’intero processo di “iniezione senza ago” e che consiste in un piccolo e potente magnete circondato da una bobina di filo attaccata a un pistone che si trova all’interno di un’ampolla di farmaco. Quando viene applicata una corrente, la bobina interagisce con il campo magnetico in modo da produrre una forza che spinge in avanti il ​​pistone, mentre il farmaco che si vuole iniettare senza ago viene espulso dal dispositivo sottile come la proboscide della zanzara. La quantità di corrente fornita può essere regolata molto bene consentendo di variare la velocità con cui il farmaco viene espulso.
Il team di ricerca ha anche dimostrato che il dispositivo agisce in una fase ad alta pressione quando il farmaco penetra più in profondità nella pelle alla forza desiderata e in una fase a bassa pressione in cui il farmaco viene erogato in un flusso inferiore in modo da essere assorbito dai tessuti circostanti. Questo rende il dispositivo molto versatile e adatto per l’applicazione di farmaci corneali e per l’uso pediatrico.

MOTORE A GAS – ARIA FORZATA
Gli NFIT alimentati a gas hanno una portata maggiore poiché il gas compresso offre una densità di energia maggiore rispetto a una molla metallica. I dispositivi alimentati a gas tendono a essere monouso o necessitano di una sostituzione periodica della cartuccia del gas. Alcuni utilizzano il gas come una semplice molla che accelera il pistone. Sono compatti e portatili, ma lo sviluppo di una molla a gas che mantenga una parte specifica del gas per funzionare fino al termine della sua durata di conservazione è davvero una sfida. Per superare tale sfida – e renderla vincente nelle iniezioni senza ago – è stato sviluppato un metodo alternativo che utilizza l’anidride carbonica liquefatta alla temperatura e alla pressione di conservazione. Questo approccio si è dimostrato vantaggioso in quanto un’eventuale minima perdita di gas dal contenitore non comporta praticamente nessuna riduzione della pressione.

ONDE D’URTO
Tali onde d’urto sono generate da qualsiasi rilascio improvviso di energia che può essere propagata attraverso un mezzo. Le onde d’urto sono onde o disturbi che si muovono più velocemente della velocità del suono, generalmente generati a seguito di un’esplosione. Solitamente studiate nell’ambito dell’aerodinamica e della ricerca aerospaziale, esse sono state utilizzate anche per una serie di applicazioni interdisciplinari, compresa la biomedica nell’ambito delle “iniezioni senza ago”. I ricercatori dell’Indian Institute of Science (IISc) di Bengaluru hanno sviluppato, a tal proposito, un sistema di somministrazione di farmaci non invasivo che impiega questa “energia a livelli supersonici”. Nello specifico, il sistema è costituito da un tubo d’urto contenente ossiidrogeno (una miscela di idrogeno e ossigeno gassoso nel rapporto 2:1). Tale miscela viene fatta esplodere per produrre l’onda d’urto, che percorre la lunghezza di un tubo d’urto, accelerando il vaccino liquido posto all’estremità di tale tubo. L’ossiidrogeno viene separato dal farmaco usando un diaframma di carta.

Il futuro della tecnologia NFIT 

Come visto, l’evoluzione del sistema di somministrazione dei farmaci che mira a penetrare nella pelle senza l’uso dell’ago è dipesa da semplici concetti ingegneristici. La tecnologia senza aghi è in grado di iniettare un ampio spettro di medicinali nel corpo con la stessa bioequivalenza di quella che si ottiene mediante la somministrazione di farmaci usando siringhe con ago, potenzialmente senza dolore o altri inconvenienti. Inoltre, è adatta per la somministrazione di farmaci ad alcune delle parti più sensibili del corpo, come ad esempio la cornea.

I dispositivi NFIT – oltre ai tanti vantaggi analizzati – sono anche molto facili da usare e non richiedono alcuna supervisione o manipolazione da parte di esperti.
Tutto lascerebbe presagire, insomma, che sia pur realizzata con tecnologie a volte in competizione tra loro per conquistarsi il relativo mercato – la siringa del futuro ci regalerà iniezioni senza ago. Per la gioia di tantissimi bimbi ma anche di tanti adulti. E, probabilmente, per quella di molte aziende produttrici di dispositivi medici che sapranno approfittare di un mercato che – trainato anche dalle ultime scoperte scientifiche e tecnologiche – sembra promettere una crescita a cui guardare con estremo interesse.

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