Techniek 15+: Medicijntoediening - Technische Universiteit Eindhoven
Techniek 15+: Medicijntoediening - Technische Universiteit Eindhoven
Techniek 15+: Medicijntoediening - Technische Universiteit Eindhoven
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Type: Aanleeropdracht<br />
Stappen in het ontwerp-proces: 1 t/m 5<br />
Tijdsbesteding: 2 à 3 lesuren<br />
<strong>Medicijntoediening</strong> DOCENTENHANDLEIDING<br />
Lijst van benodigde materialen, hulpmiddelen en voorzieningen<br />
Voor deze opdracht zijn geen speciale materialen nodig.<br />
Inleiding<br />
Met deze aanleeropdracht kunt u, aansluitend op de belevingswereld van de leerlingen, een relatief<br />
nieuw onderwerp aansnijden: gereguleerde medicijnafgifte. Aan de hand van de suikerziekte van een<br />
fictieve leeftijdsgenoot gaan de leerlingen nadenken over de beste manier van insulinetoediening. Via<br />
de websites (zie informatie op het internet) kunnen ze zelf duidelijk inzien wat de beste methode zou<br />
zijn, namelijk een continue toediening van insuline in plaats van een incidentele toediening. Daarna<br />
wordt de leerlingen gevraagd om mogelijke uitwerkingen te vinden voor een toedieningssysteem.<br />
In deze aanleeropdracht doorlopen de leerlingen de volgende stappen van het ontwerpproces:<br />
[Zie ‘ABC voor ontwerpers’ m.b.t. onderdeel Ontwerpcyclus]<br />
1. Formuleren van de Ontwerpopdracht<br />
2. Opstellen van een Programma van Eisen<br />
3. Bepalen van de functie van het hechtmateriaal<br />
4. Bedenken van uitwerkingen om deze deelfuncties te realiseren<br />
5. Doen van een Ontwerpvoorstel: kiezen van het de meest veelbelovende uitwerking<br />
De in kaders aangegeven vragen dienen als leidraad voor de leerlingen en moeten beantwoord<br />
worden op het antwoordvel.<br />
Ontwerplogboek<br />
Indien uw leerlingen het onderwerp van deze aanleeropdracht aangrijpen als onderwerp voor het<br />
profielwerkstuk wordt aangeraden om hen tijdens het technisch ontwerpen een logboek bij te laten<br />
houden. Dit is onder meer van belang vanwege begeleidings- en beoordelingsaspecten. Zie hiervoor<br />
het ontwerplogboek van de Stichting leerplanontwikkeling (SLO); dit ontwerplogboek bevat onder<br />
andere richtlijnen voor de beoordeling van het ontwerpproces.<br />
Uiteraard kunt u tijdens deze aanleeropdracht uw leerlingen reeds met (elementen van) het<br />
ontwerplogboek laten oefenen.<br />
Ontwerpopdracht<br />
[Zie ‘ABC voor ontwerpers’ m.b.t. onderdeel Probleem analyseren en beschrijven]<br />
De eigenlijke ontwerpopdracht die de leerling moet formuleren luidt: ontwerp een systeem dat het<br />
suikergehalte in het bloed op peil houdt, waarbij de patiënt (Jasper) maximaal 1 maal per week een<br />
handeling dient te verrichten (zoals het bijvullen van de voorraad insuline).<br />
De bedoeling is dus dat de leerlingen een systeem ontwerpen dat continu de bloedsuikerspiegel van<br />
de diabetespatiënt meet en het bloedsuikerniveau indien nodig continu kan bijregelen.
Programma van eisen<br />
[Zie ‘ABC voor ontwerpers’ m.b.t. onderdeel Programma van Eisen]<br />
Het is met name van belang te wijzen op de toetsbaarheid van de eisen. “de patiënt moet weinig last<br />
hebben van de medicijntoediening” is dus geen goed geformuleerde eis, maar “de patiënt hoeft<br />
maximaal 1 keer per week het systeem bij te regelen” is wel goed geformuleerd.<br />
Enkele essentiële eisen die aan het systeem gesteld moeten worden, liggen op het gebied van:<br />
• Betrouwbaarheid<br />
• Nauwkeurigheid<br />
• De mogelijkheid tot handmatig ingrijpen<br />
• ...<br />
Concrete eisen aan het systeem zijn onder meer:<br />
• Het systeem moet afgeregeld kunnen worden op het ziektebeeld c.q. ziekteverloop van de<br />
patiënt<br />
• Patiënt mag maximaal 1 keer per week een handeling verrichten aan het systeem, zoals het<br />
bijvullen van de voorraad insuline of het meten van de bloedsuikerspiegel<br />
• Het systeem moet handzaam zijn en onopvallend door de patiënt te dragen zijn<br />
Enkele wensen die gebruikers/artsen hebben i.v.m het systeem:<br />
• onzichtbaar / discreet<br />
• niet in de weg zitten / last veroorzaken<br />
• ...<br />
Functies en Uitwerkingen<br />
[Zie ‘ABC voor ontwerpers’ m.b.t. onderdeel Ideeëntabel]<br />
De functie van het ontwerp is drieledig:<br />
• het meten van de bloedsuikerspiegel<br />
• het berekenen van de juiste hoeveelheid insuline<br />
• het toedienen van de insuline<br />
De functies en uitwerkingen kunnen het beste in tabelvorm worden weergegeven:<br />
FUNCTIES UITWERKINGEN<br />
Meten van de<br />
bloedsuikerspiegel<br />
Berekenen van<br />
hoeveelheid<br />
insuline<br />
Toediening van<br />
insuline
Hints voor leerlingen<br />
Mochten de leerlingen vast komen te zitten in een van de deelstappen van deze aanleeropdracht, dan<br />
volgen hier enkele hints om ze weer op gang te krijgen:<br />
Programma van eisen<br />
• Op welke plaats moet je systeem zich bevinden?<br />
• Hoe nauwkeurig moet de toediening van insuline zijn?<br />
• Wat kan er mis gaan en hoe kan er dan ingegrepen worden?<br />
• Wanneer en waarvoor is er ingrijpen van de patiënt/arts/verple(e)g(st)er nodig?<br />
Functies<br />
• Welke stappen onderneemt een diabeticus allemaal wanneer hij zichzelf insuline gaat<br />
toedienen?<br />
• Waar is de hoeveelheid toe te dienen insuline van afhankelijk?<br />
• Hoe kan de hoeveelheid toe te dienen insuline berekend worden?<br />
• Een automatisch systeem gebruikt meestal een model van de werkelijkheid<br />
Toelichting op automatische systemen<br />
Een bepaalde ‘inputparameter’ wordt gemeten. Deze wordt in het model van het systeem ingebracht<br />
en vergeleken met de gewenste waarde die deze inputparameter zou moeten hebben. Vervolgens<br />
berekent het systeem het verschil tussen de gewenste en daadwerkelijk waarde en regelt uiteindelijk<br />
het verschil tussen de werkelijke en de gewenste situatie bij.<br />
Een mooie vergelijking kan gemaakt worden met de moderne klimaatsbeheersingsinstallatie in een<br />
gebouw. Op een kastje in een bepaalde ruimte (kantoor, vergaderzaal, kantine, ...) kun je ingeven op<br />
welke tijdstippen het er warm moet zijn en waneer juist niet, wat de luchtvochtigheid moet zijn,<br />
enzovoorts. Het systeem meet de temperatuur en luchtvochtigheid in een bepaalde ruimte. Die wordt<br />
vervolgens vergeleken met de instellingen die je in het kastje hebt ingevoerd (het model). Aan de<br />
hand daarvan besluit de CV-installatie of en hoe er moet worden bijgeregeld.<br />
Verschillen tussen sturingssystemen en regelsystemen<br />
Er bestaan essentiële verschillen tussen een sturingssysteem en een regelsysteem.<br />
In het geval van diabetes zal een sturingssysteem af en toe de bloedsuikerspiegel meten (bijvoorbeeld<br />
1 maal per week) en vervolgens de dosering van de insuline voor langere tijd hetzelfde houden. De<br />
insulinedosering wordt dus op basis van een regelmatig, maar niet continu, gemeten grootheid<br />
berekend en deze dosering wordt vervolgens gedurende een langere tijd, bijvoorbeeld 1 week, niet<br />
aangepast.<br />
Een regelsysteem daarentegen meet continu de bloedsuikerspiegel en past de dosering van de<br />
insuline aan op basis van de gemeten waarde van de bloedsuikerspiegel. De dosering van de insuline<br />
wordt in dit geval niet voor een langere tijd constant gehouden, maar voortdurend aangepast aan de<br />
insulinebehoefte van de patiënt op basis van de daadwerkelijke glucoseconcentratie in het bloed.<br />
In het geval van deze aanleeropdracht kan enkel volledig aan de aanleeropdracht en de eisen van de<br />
patiënt voldaan worden indien het ontwerp uitgaat van een regelsysteem.<br />
Uitwerkingen<br />
Om op ideeën te komen kunnen de leerlingen zichzelf de volgende vragen stellen:<br />
• Wat voor manieren van medicijntoediening bestaan er allemaal?<br />
• Bij welke vorm van medicijntoediening is de minste betrokkenheid van de patiënt nodig?<br />
• ...
Informatie op internet<br />
Zie leerlingenhandleiding / vraagbaak. Daarnaast volgen hier nog een aantal additionele webadressen:<br />
http://www.diabetes.nl/<br />
http://www.novonordisk.be/n/view.asp?ID=15<br />
http://www.novonordisk.nl/webkit/kit/info/encyclopedia/1/1.asp<br />
http://www.physiol.med.vu.nl/physiol/student/bioreg/glucose.pdf<br />
http://www.niddk.nih.gov/health/diabetes/summary/altins/altins.htm<br />
Enkele bedrijven die wellicht bereid zijn om informatie ter beschikking te stellen:<br />
• Novordisk<br />
• Roche Diagnostics<br />
• Menarini<br />
Achtergrondinformatie<br />
Zie leerlingenhandleiding / vraagbaak. Twee mooie inleesartikelen (ook gegeven in de vraagbaak)<br />
zijn:<br />
http://www.rivm.nl/pers/PB062000.html<br />
http://www.rivm.nl/volksgezondheid/diabeteshulpmiddelen.html<br />
Daarnaast zijn bij deze docentenhandleiding twee achtergrondartikelen gevoegd (zie hieronder):<br />
• Biosensoren<br />
dit betreft een onderzoeksvoorstel voor een researchstage aan de TU/e binnen de Scheikundige<br />
Technologie / Biomedische Technologie. In het onderzoeksvoorstel wordt de opbouw en werking<br />
van een biosensor voor glucose beschreven en geeft derhalve de actuele stand van zaken weer<br />
(juni 2002) met betrekking tot een onderzoek aan biosensoren<br />
• Medicijnafgifte-systeem voor type II diabetes patiënten; glucose oxidase-decorated polysulfide<br />
particles for glucose-sensitive drug release<br />
dit betreft een onderzoeksvoorstel voor een researchstage aan de TU/e binnen de Scheikundige<br />
Technologie / Biomedische Technologie. Hoewel in het onderzoeksvoorstel de opbouw en werking<br />
van een medicijnafgifte-systeem voor diabetes type II wordt beschreven, geeft het toch de actuele<br />
stand van zaken weer (juni 2002) met betrekking tot een mogelijke aanpak van een geavanceerd<br />
medicijnafgifte-systeem<br />
Aangeraden wordt om deze artikelen niet aan uw leerlingen uit te reiken als achtergrondinformatie,<br />
zodat uw leerlingen bij het technisch ontwerpen niet in hun creativiteit geremd worden. Er zijn immers<br />
alternatieve methodes en aanpakken denkbaar voor de meting van de bloedsuikerspiegel en de<br />
toediening van medicijnen tegen diabetes, dan via de in de achtergrondartikelen beschreven<br />
glucosesensor en medicijnafgifte-systeem.<br />
Ondersteuning<br />
Indien u in uw onderwijspraktijk tijdens het inzetten van deze aanleermodule tegen onvolkomenheden<br />
aanloopt, dan kunt u hieromtrent contact opnemen met <strong>Techniek</strong> <strong>15+</strong> in Regio Zuid, zie hiervoor:<br />
www.techniek15plus.nl (klik op ‘Vraagbaak’ en vervolgens op ‘Expert Zuid’; vul daarna het<br />
elektronische vragenformulier in).<br />
Deze aanleermodule zal vervolgens herzien worden indien één en ander hiertoe aanleiding geeft. De<br />
meest actuele versie van deze aanleermodule kunt u vinden op www.techniek15plus.nl.
Indien enkele leerlingen van u het onderwerp van deze aanleeropdracht aangrijpen als uitgangspunt<br />
voor hun profielwerkstuk kunnen zij via de genoemde vraagbaak op www.techniek15plus.nl met<br />
<strong>Techniek</strong> <strong>15+</strong> contact opnemen, indien ondersteuning gewenst is bij het maken van het technisch<br />
ontwerp. <strong>Techniek</strong> <strong>15+</strong> kan ondersteuning bieden in het geval dat:<br />
• leerlingen naar literatuur willen zoeken in de bibliotheek van de TU/e<br />
• leerlingen aan een deskundige over hun onderwerp vragen willen stellen<br />
• leerlingen experimenten willen uitvoeren die op school niet mogelijk zijn<br />
Het is hierbij echter geen doelstelling om voor leerlingen een plan van aanpak, ontwerpopdracht,<br />
enzovoorts op te zetten. Leerlingen kunnen derhalve <strong>Techniek</strong> <strong>15+</strong> benaderen in het geval van een<br />
concrete vraag of probleem met betrekking tot hun ontwerp.<br />
Verantwoording<br />
Vraagbaak<br />
http://www.diabetesvereniging.nl<br />
http://www.howstuffworks.com/diabetes.htm<br />
http://www.accu-chek.nl/overdiabetes/index.html<br />
http://www.spinalhealth.net/insulin.html<br />
http://www.howstuffworks.com/food2.htm<br />
http://www.natuurlijkerwijs.com/suikers.htm<br />
http://www.planet.nl/living/0,1233,77_1742_491552_2855,00.html<br />
http://www.rivm.nl/pers/PB062000.html<br />
http://www.rivm.nl/volksgezondheid/diabeteshulpmiddelen.html<br />
http://www.bmt.tue.nl/opleiding/ogo/0102/3ejaar/3.1a.html#4<br />
http://www.delftintegraal.tudelft.nl/info/index.cfm?hoofdstuk=Artikel&ArtID=3798<br />
http://www.medi-reva.nl/diabetes.asp?hoofd=2<br />
http://www.novonordisk.nl/view.asp?ID=659<br />
http://www.lifescan.com<br />
http://www.jdrf.org/kids/cfk/2001/01/pump.html<br />
Informatie op internet<br />
http://www.diabetes.nl/<br />
http://www.novonordisk.be/n/view.asp?ID=15<br />
http://www.novonordisk.nl/webkit/kit/info/encyclopedia/1/1.asp<br />
http://www.physiol.med.vu.nl/physiol/student/bioreg/glucose.pdf<br />
http://www.niddk.nih.gov/health/diabetes/summary/altins/altins.htm<br />
Achtergrondinformatie<br />
http://www.rivm.nl/pers/PB062000.html<br />
http://www.rivm.nl/volksgezondheid/diabeteshulpmiddelen.html<br />
Onderzoeksvoorstel voor een researchstage m.b.t. biosensoren voor glucose, TU/e, Scheikundige<br />
Technologie / Biomedische Technologie, dr. Nico Sommerdijk, juni 2002<br />
Onderzoeksvoorstel voor een researchstage m.b.t. medicijnafgifte-systeem voor type II diabetes<br />
patiënten, TU/e, Scheikundige Technologie / Biomedische Technologie, dr. Nico Sommerdijk, Nicole<br />
Botterhuis BSc., juni 2002<br />
Ontwerplogboek<br />
Ontwerplogboek, Huub Huijs, Jos Smits, Stichting leerplanontwikkeling (SLO), Enschede, 2000
Afbeeldingen<br />
Injectie met pen: http://www.learn.co.uk/glearning/secondary/science/lesson01/scjab.htm<br />
Spuit 1: http://news.bbc.co.uk/hi/english/health/newsid_1868000/1868765.stm<br />
Spuit 2: http://www.lbah.com/Feline/diabetes.htm<br />
Eilandje van Langerhans: http://www.eni.gwdg.de/~marjan/Rupnik/pancreas.htm<br />
Bloedsuiker-regeling: Human Anatomy & Physiology, 5 th ed.<br />
Basenvolgorde insuline: http://www.prolune.org/insuline.htm<br />
Glucosemeter 2: http://www.asaging.org/Awards/awards02/design.html<br />
Meisje dat bij zichzelf insuline injecteert: http://www.chem.tue.nl/smo/MBE/Biosensors-<br />
Biocatalysis.htm<br />
Glucosemeter 1; Spuit + flesje; Infuus; Jet injector; Insulinepomp: met dank aan de houders van de<br />
rechten van deze bronnen, gezien de bronnen van deze afbeeldingen helaas niet meer te achterhalen<br />
zijn.<br />
Ofschoon iedere poging is ondernomen om de volgens auteurswet rechthebbenden van het in deze<br />
module opgenomen illustratiemateriaal te traceren, is dit in enkele gevallen niet mogelijk gebleken. In<br />
het onderhavige geval verzoekt de uitgever rechthebbende contact met hem op te nemen. Gezien het<br />
niet-commerciële karakter van deze module is bij het gebruik van de afbeeldingen ervan uit gegaan<br />
dat de houder van het copyright geen bezwaren tegen het gebruik van de afbeeldingen zal hebben.<br />
Met dank aan<br />
Auteur<br />
Ridder, Ronny de, TU/e, faculteit Scheikundige Technologie, <strong>Eindhoven</strong><br />
Externe deskundigen<br />
Botterhuis, BSc. Nicole, student Biomedische Technologie, TU/e, <strong>Eindhoven</strong><br />
Dekkers, dr. Nico, gepensioneerd oogarts, St. Elizabeth Ziekenhuis, Tilburg<br />
Hovens, Gerry, diabetes verpleegkundige, Máxima Medisch Centrum, Veldhoven<br />
Sommerdijk, dr. Nico, universitair onderzoeker, TU/e faculteit Scheikundige Technologie, <strong>Eindhoven</strong><br />
Vader, prof.dr.ir. Huib, klinisch chemicus, Máxima Medisch Centrum, <strong>Eindhoven</strong> en Veldhoven<br />
Klankbordgroep<br />
Althuizen, ir. Mariken, TU/e, faculteit Biomedische Technologie, <strong>Eindhoven</strong><br />
Bosboom, dr.ir. Mariëlle, TU/e, faculteit Biomedische Technologie, <strong>Eindhoven</strong><br />
Ceiler, dr.ir. Debbie, Sint Maartencollege, Maastricht en TU/e, Biomedische Technologie, <strong>Eindhoven</strong><br />
Dassen, drs. Math, Pleincollege Van Maerlant, <strong>Eindhoven</strong><br />
Dekkers, drs. Frits, Fontys Hogescholen, Aansluitingscentrum, <strong>Eindhoven</strong><br />
Graat, ing. Ab, Fontys Hogescholen, Toegepaste Natuurwetenschappen, <strong>Eindhoven</strong><br />
Heeswijk, drs. Tom van, Dr. Knippenbergcollege, Helmond<br />
Heijnen, Lambert (SLO)<br />
Lieshout, ir. Jac van, Pius X College, Bladel<br />
Nijman, ir. Cisca, Lorentz Casimir Lyceum, <strong>Eindhoven</strong><br />
Osch, ir. Arno van, SG Were Di, Valkenswaard<br />
Suos, drs. Conrad (projectleider), TU/e, Onderwijs Service Centrum, <strong>Eindhoven</strong>
Biosensoren<br />
Het functioneren van het menselijk lichaam is in grote mate afhankelijk van de efficiëntie waarmee het<br />
in staat is de concentraties van specifieke biomoleculen te reguleren. Bij het falen van een dergelijk<br />
mechanisme treedt meestal een ziektebeeld op, zoals in het geval van Diabetes Melitus, suikerziekte.<br />
In dit geval is het lichaam niet in staat voldoende insuline aan te maken voor een goede regulering<br />
van het glucosegehalte. De patiënt is gedwongen door middel van injecties dit tekort aan te vullen.<br />
Om dit op een veilige manier te doen is een nauwkeurige en bij voorkeur niet-invasieve meting van de<br />
bloedsuikerspiegel noodzakelijk. Een van de streefdoelen binnen het biomedisch onderzoek is dan<br />
ook de fabricage van een onderhuids implanteerbare glucosesensor die niet-invasief kan worden<br />
afgelezen.<br />
Figuur: Figuur:<br />
Structuur van glucose oxidase Opbouw van de biosensor voor glucose<br />
Figuur:<br />
Werkingsmechanisme van de biosensor voor glucose<br />
De sensor waaraan binnen de onderzoeksgroep gewerkt wordt, gebruikt het enzym glucose oxidase<br />
voor de selectieve herkenning van glucose. Het enzym oxideert glucose en produceert daarbij twee<br />
elektronen. Deze elektronen kunnen worden gebruikt om een elektrisch signaal te vormen dat<br />
evenredig is met de glucoseconcentratie. Geleidende polymeren kunnen worden gebruikt om een<br />
elektronisch contact tot stand te brengen tussen het enzym en de rest van de sensor. Om een<br />
betrouwbare sensor te maken moeten zowel het polymeer en het enzym stabiel zijn.<br />
Figuur:<br />
Stabiel polymeer<br />
dat eventueel toegepast kan worden in een biosensor voor glucose<br />
Bijlage 1 bij aanleermodule <strong>Medicijntoediening</strong> (docentenhandleiding) m.b.t. biosensor voor glucose
Recentelijk<br />
is er binnen de onderzoeksgroep een nieuw stabiel polymeer ontwikkeld, uitgerust met<br />
poly(ethyleen glycol) groepen (PEG-groepen). Deze PEG-groepen hebben als doel het enzym te<br />
stabiliseren. Tijdens de researchstage zal worden onderzocht of dit nieuwe polymeer geschikt is om<br />
te<br />
worden toegepast in glucose-sensoren. Hiervoor worden de invloed van het enzym op het polymeer<br />
(en vice versa) onderzocht, waarbij zowel naar de stabiliteit als de elektronische eigenschappen zal<br />
worden gekeken.<br />
Bovenstaande informatie is ontleend aan biomedisch technologische onderzoeken van de<br />
TU/e, faculteit Scheikundige Technologie (juni 2002). Met dank aan dr. Nico Sommerdijk<br />
voor het beschikbaar stellen van de informatie.<br />
Voor<br />
actuele informatie omtrent de biosensor, zie:<br />
http://www.chem.tue.nl/smo/MBE/Biosensors-Bioca talysis.htm<br />
oor meer (algemene) informatie omtrent dit en aanverwante onderzoeken, zie:<br />
V<br />
http://www.chem.tue.nl/smo/MBE/BMAClinks.htm<br />
http://www.chem.tue.nl/smo<br />
http://www.chem.tue.nl/<br />
http://www.bmt.tue.nl/<br />
Bijlage 1 bij aanleermodule <strong>Medicijntoediening</strong> (docentenhandleiding) m.b.t. biosensor voor glucose
Medicijnafgifte-systeem voor type II diabetes patiënten<br />
Het doel van het onderzoek is om een biomateriaal Pluronic ® , ontwikkeld aan de universiteit van<br />
Zürich in Zwitserland, geschikt te maken voor gecontroleerde medicijnafgifte bij diabetes type II<br />
patiënten. Dit medicijnafgifte-systeem zal reageren op een verhoging van de glucoseconcentratie in<br />
het bloed door middel van het afgeven van medicijnen als Glucovence ® of Prandin ® . Hiermee kan dit<br />
onderzoek een positieve bijdrage leveren aan de behandeling van diabetes bij diabetes type II<br />
patiënten, aangezien zij met een medicijnafgifte-systeem niet langer elke dag tabletten hoeven te<br />
slikken.<br />
Onderzoek<br />
a) Titel<br />
Polysulfide deeltjes met een Glucose oxidase coating voor glucosegevoelige medicijnafgifte.<br />
b) Vraagstelling<br />
Is het mogelijk om een medicijn vrij te laten uit een deeltje, fungerend als medicijnopslag, in<br />
reactie op een verhoging van de glucoseconcentratie in het bloed?<br />
c) Onderzoeksopzet<br />
Glucose oxidase is een enzym dat glucose oxideert. Bij dit oxidatieproces komt onder andere<br />
waterstofperoxide vrij. Dit waterstofperoxide wordt gebruikt om het medicijn vrij te maken uit de<br />
dragerbolletjes, die als medicijnopslag fungeren.<br />
Stappen<br />
− Koppelen van enzym Glucose oxidase aan het polymeer Pluronic ® ; met Pluronic ® kunnen<br />
bolletjes gemaakt worden die kunnen fungeren als medicijnopslag<br />
− Testen van de enzymatische activiteit van Glucose oxidase, nadat het aan Pluronic ® is<br />
gekoppeld<br />
− Onderzoeken of er nog steeds bolletjes gevormd worden (via een polymerisatieproces) met<br />
het Pluronic ® nadat het Glucose Oxidase eraan bevestigd is<br />
− Onderzoeken of het Glucose oxidase na het polymerisatieproces nog steeds enzymatisch<br />
actief is<br />
− De afgifte van een kleurstof (als teststof) uit het dragerbolletje onderzoeken in reactie op<br />
glucoseconcentraties<br />
− De kleurstof vervangen door een medicijn dat geschikt is voor type II diabetici en de afgifte<br />
van dit medicijn testen onder invloed van verschillende glucoseconcentraties<br />
Bijlage 2 bij aanleermodule <strong>Medicijntoediening</strong> (docentenhandleiding) m.b.t. medicijnafgifte-systeem voor type II<br />
diabetes patiënten
Glucose oxidase-decorated polysulfide particles for glucose-sensitive drug release<br />
Background<br />
Episulfides polymerize with an anionic ring opening mechanism that is not sensitive to the presence of<br />
protic compounds such as alcohols. Due to their hydrophobic nature, episulfides can even polymerize<br />
in water emulsion (Scheme 1).<br />
Scheme 1<br />
Once dispersed in a water<br />
environment,<br />
the monomer can be<br />
polymerized by the addition of<br />
a base, which deprotonates the<br />
initiator (a thiol).<br />
The resulting polymer is a<br />
poly(propylene sulfide) (PPS)<br />
This polymerization can be used for producing stable particles by cross-linking the polymer chains.<br />
The resulting particles are stable in water for months, with diameter tunable between 100-500 nm with<br />
low dispersity; additionally they are rubbery, strongly hydrophobic and oxidizable (giving hydrophilic<br />
particles). Their surface composition is dictated by the choice of the emulsifier, of which is known that<br />
it is irreversibly physically entrapped in the particle.<br />
State of the art<br />
R S<br />
R SH<br />
R S<br />
S<br />
n<br />
N<br />
S<br />
N<br />
S<br />
The emulsifier that guarantees the highest stability to these particles is the triblock copolymer<br />
Pluronic ® terminated with two OH groups (scheme 1).<br />
Bijlage 2 bij aanleermodule <strong>Medicijntoediening</strong> (docentenhandleiding) m.b.t. medicijnafgifte-systeem voor type II<br />
diabetes patiënten
Proposal<br />
Scheme 2<br />
The rubbery and oxidizable purple chains of<br />
poly(propylene sulfide) (PPS) are confined in the<br />
hydrophobic domain; the black poly(propylene<br />
glycol) blocks of Pluronic ® are there entrapped;<br />
orange hydrophilic poly(ethylene glycol) segments<br />
are displayed in the water phase and bear<br />
functional groups at the extremities.<br />
One of the next steps in this research is studying<br />
the reactivity of these alcoholic groups.<br />
Instead of the OH-bearing commercially available Pluronic ® , or together with it, a Pluronic whose<br />
terminal OH groups have been reacted with the enzyme glucose oxidase will be used to make the<br />
polysulfide particles. This will make the particles extremely sensitive to the presence of glucose,<br />
because of the local high enzyme concentration. The in membrana generated hydrogen peroxide,<br />
through oxidation of glucose by glucose oxidase, would efficiently oxidize the particles by means of a<br />
surface erosion mechanism, possibly releasing molecules incorporated in the carrier.<br />
In other words, a signal such as the blood glucose concentration could be translated into the release<br />
of therapeutic agents by the use of an appropriate ‘actuator’, which is the enzyme-mediated oxidation<br />
of the PPS core.<br />
In perspective, these carriers would be suitable for drug release in pathological conditions<br />
characterized by excessive glucose concentration, such as in diabetes mellitus.<br />
Bijlage 2 bij aanleermodule <strong>Medicijntoediening</strong> (docentenhandleiding) m.b.t. medicijnafgifte-systeem voor type II<br />
diabetes patiënten
Bovenstaande informatie is ontleend aan biomedisch technologische onderzoeken<br />
van de <strong>Universiteit</strong> van Zürich, Zwitserland en de TU/e, faculteit Scheikundige<br />
Technologie (juni 2002). Met dank aan dr. Nico Sommerdijk en Nicole Botterhuis voor<br />
het beschikbaar stellen van de informatie.<br />
Voor actuele informatie omtrent gecontroleerde medicijnafgifte, zie:<br />
http://www.chem.tue.nl/smo/MBE/MolecularEngineering.htm<br />
Voor meer (algemene) informatie omtrent dit en aanverwante onderzoeken, zie:<br />
http://www.chem.tue.nl/smo<br />
http://www.chem.tue.nl/<br />
http://www.bmt.tue.nl/<br />
Bijlage 2 bij aanleermodule <strong>Medicijntoediening</strong> (docentenhandleiding) m.b.t. medicijnafgifte-systeem voor type II<br />
diabetes patiënten