Improving drug delivery to the lungs : towards better inhalation therapy

Abstract

Inhalatietherapie is een veelgebruikte behandeling tegen longziekten zoals astma en COPD. Een effectieve toediening van inhalatiemedicatie is echter afhankelijk van veel factoren. Zo kan gebruik van een bepaald type inhalator in een vochtige badkamer leiden tot een verdubbeling van de afgegeven hoeveelheid inhalatiemedicatie. Ook biedt nieuwe inhalatietechnologie mogelijkheden voor de terugkeer van inhaleerbare insuline en om middelen tegen bijvoorbeeld TBC en vaccins via de luchtwegen toe te dienen. Bart Rottier, kinderarts-pulmonoloog in het UMCG, deed onderzoek naar de toediening van medicatie aan en via de luchtwegen en concludeert dat er nog veel verbeteringen mogelijk zijn. Rottier promoveert op 28 november 2012 op de resultaten van zijn onderzoek aan de Rijksuniversiteit Groningen. Inhalatietherapie biedt voordelen ten opzichte van medicijnen die oraal of via injecties worden toegediend, maar een effectieve toediening is afhankelijk van veel factoren. Die factoren zijn onder andere het ziektebeeld, de vorm van de longen, de deeltjesgrootteverdeling van het geneesmiddel en de manier van inhaleren. Rottier onderzocht de effectiviteit van verschillende inhalatorsystemen en concludeerde dat de keuze van de inhalator, inclusief de keuze voor een specifieke voorzetkamer bij een bepaald type inhalator (de dosisaerosol met spacer), de afgegeven hoeveelheid afgeleverde medicijndeeltjes bepaalt. Externe factoren, zoals de luchtvochtigheid, kunnen hierbij van belang zijn. Ook de communicatie tussen zorgverlener en patiënt is van groot belang voor de juiste voorbereidingshandelingen en inhalatietechniek, maar ook voor het opvolgen van bijvoorbeeld schoonmaakinstructies. Vochtige badkamer Dosisaerosols worden meestal gecombineerd met een zogenoemde voorzetkamer, een plastic reservoir dat tussen de inhalator en de mond wordt geplaatst om een rustige inademing van de medicatie mogelijk te maken. Rottier onderzocht de invloed van verschillende variabelen, zoals de snelheid van inademen vanuit de voorzetkamer, de tijdsduur van wachten tussen het ‘afvuren’ van een dosis in de voorzetkamer en het inhaleren daarvan, en de relatieve luchtvochtigheid. Een belangrijke bevinding is dat een verhoging van de relatieve luchtvochtigheid kan resulteren in een verdubbeling van de hoeveelheid inhalatiemedicatie. Naar aanleiding hiervan zou een praktisch advies aan astmapatiënten kunnen zijn hun inhalatiemedicatie uit een dosisaerosol met spacer in een vochtige badkamer te gebruiken om het effect hiervan te vergroten. Inhaleerbare insuline Nieuwere toepassingsgebieden voor medicijnen in de luchtwegen zijn geneesmiddelen tegen TBC, vaccins en insuline bij diabetes mellitus. Eerder werd een droog poeder-inhalator (de Exubera) voor het toedienen van insuline - een jaar na de introductie - van de markt gehaald, vanwege onder andere de hoge kosten. In zijn onderzoek vergeleek Rottier onder meer het effect van de medicatiedosering van de Exubera met die van de Twincer, een nieuwe inhalator, ontwikkeld door de afdeling Farmaceutische Technologie en Biofarmacie van de Rijksuniversiteit Groningen. Hieruit bleek dat met de Twincer, in vergelijking met de Exubera, met de helft van de hoeveelheid insuline dezelfde insulinespiegel wordt bereikt. De Twincer geeft daarnaast de volledige dosis af in de eerste fase van inademing, waardoor het medicijn ook tot in de diepste luchtwegen kan doordringen. Volgens Rottier bieden deze uitkomsten goede perspectieven voor de terugkeer van inhaleerbare insuline, maar belangrijker nog, ook goede mogelijkheden om middelen tegen bijvoorbeeld TBC en vaccins via de luchtwegen toe te dienen. Schoonmaakinstructies Rottier deed ook onderzoek naar het effect van het dagelijks gebruik gedurende zes maanden van twee typen vernevelsystemen voor de inhalatie van antibiotica door volwassenen met taaislijmziekte op het functioneren van deze systemen. Hieruit bleek dat patiënten, ondanks het advies dit niet te doen, hetzelfde systeem ook voor andere geneesmiddelen gebruikten en een bepaald onderdeel van het systeem (het druppelproducerende membraan: de ‘mesh’) niet volgens de instructies schoonmaakten. Dit leidde uiteindelijk tot een vermindering van de toegediende medicijndosis door een verstopping van een deel van de gaatjes in de mesh. Rottier concludeert hieruit dat communicatie tussen zorgverlener en patiënt heel belangrijk is, maar vaak niet leidt tot het juist opvolgen van adviezen. Inhalation therapy is a widely used form of treatment for lung diseases such as asthma and COPD. However, various factors determine whether drugs are delivered effectively via an inhaler. For example, using one particular inhaler in a damp bathroom environment can double the amount of medication it dispenses, and new inhalation technology is clearing the way for a return to inhalable insulin and the possibility of administering anti-TB drugs and vaccines via the airways. Bart Rottier, paediatric respiratory specialist in the University Medical Center Groningen, studied ways of delivering medication to and via the airways, and concluded that the technique could be much more effective. Rottier will be awarded a PhD for the results of his research by the University of Groningen on 28 November 2012. Although inhaling drugs can be more effective than administering them orally or via an injection, the effectiveness of this method depends on several factors, including the way the disease presents, the shape of the lungs, the particle size distribution of the drug and the inhalation technique. After studying the effectiveness of various inhaler systems, Rottier concluded that the choice of inhaler, including the choice of actuator with a specific type of inhaler (the metered-dose aerosol with spacer), is decisive in the amount of drug particles dispensed. External factors, such as humidity, can be important here. In addition, good communication between medical practitioner and patient is essential to ensure that the appliance is prepared and used correctly, and to stress the importance of the cleaning procedure. Damp bathroom Metered-dose aerosols are usually dispensed via an actuator, a plastic reservoir fitted between the inhaler and the mouth to allow slow and gradual inhalation of the medicine. Rottier studied the influence of a number of variables, such as the speed of inhalation from the actuator, the length of time between the dose being released into the actuator and it being inhaled, and the relative humidity of the environment. One of the most significant findings was that increasing the relative humidity can double the amount of medicine delivered by the inhaler. A logical piece of practical advice to asthma patients would therefore be to use metered-dose aerosol inhalers with a spacer in a damp bathroom to increase their effectiveness. Inhalable insulin New areas for administering other drugs via the airways are also being explored: they include medicines for TB, vaccines and insulin for diabetes mellitus. A dry powder inhaler (the Exubera), used for delivering insulin, was withdrawn from the market just a year after it was introduced. High costs were among the reasons. One of the tasks Rottier set himself in his research was to compare the effect of drug delivery via the Exubera with that of the Twincer, a new inhaler developed by the Pharmaceutical Technology and Biopharmacy Department at the University of Groningen. His research showed that the Twincer was able to produce the same insulin levels as the Exubera, using half the amount of insulin. In addition, the Twincer delivers the full dose in the first phase of inhalation, which means that the drug is able to penetrate the deepest airways. According to Rottier, the results are not only promising in terms of reinstating inhalable insulin, but more importantly, also for dispensing other drugs via the airways to treat TB, for example, or to give vaccines. Cleaning instructions Rottier also looked into how two types of nebulising systems reacted when used by adults with cystic fibrosis to inhale antibiotics on a daily basis for a period of six months. Despite advice to the contrary, patients used the same system to administer other drugs and did not clean a particular part of the system (the droplet-forming membrane: the mesh) according to the instructions. Blockages in some of the holes in the mesh ultimately prevented the nebulizer from dispensing the full dose of the drug. This led Rottier to conclude that although it is important that medical practitioners communicate with patients, this does not always guarantee that the patient will follow the instructions.