Kapsle o velikosti borůvky obsahuje malou jehlu ze stlačeného inzulínu, který se vstříkne poté, co se kapsle dostane do žaludku. Při testech na zvířatech vědci prokázali, že dokážou dodat dostatek inzulínu ke snížení hladiny cukru v krvi na úroveň srovnatelnou s injekcemi podávanými přes kůži. Ukázali také, že zařízení lze přizpůsobit k podávání dalších bílkovinných léků.
„Opravdu doufáme, že tento nový typ kapsle by jednou mohl pomoci pacientům s cukrovkou a možná všem, kteří potřebují léčbu, kterou lze nyní podávat pouze injekčně nebo infuzí,“ říká Robert Langer, David H. Koch Institute Professor, člen Kochova institutu pro integrativní výzkum rakoviny MIT a jeden z hlavních autorů studie.
Giovanni Traverso, odborný asistent v Brigham and Women’s Hospital, Harvard Medical School a hostující vědec na katedře strojního inženýrství MIT, kde od roku 2019 působí jako člen fakulty, je rovněž hlavním autorem studie. Prvním autorem článku, který vyšel 7. února v časopise Science, je postgraduální student MIT Alex Abramson. Součástí výzkumného týmu jsou také vědci z farmaceutické společnosti Novo Nordisk.
Samostatná orientace
Před několika lety Traverso, Langer a jejich kolegové vyvinuli pilulku potaženou mnoha malými jehličkami, kterou by bylo možné vstřikovat léky do sliznice žaludku nebo tenkého střeva. U nové kapsle vědci změnili konstrukci tak, aby měla pouze jednu jehlu, což jim umožnilo vyhnout se vstřikování léků do nitra žaludku, kde by je žaludeční kyseliny rozložily, než by začaly účinkovat.
Hrot jehly je vyroben z téměř 100 % ze stlačeného, lyofilizovaného inzulínu, a to stejným postupem, který se používá k tvorbě tablet léků. Dřík jehly, který nezasahuje do žaludeční stěny, je vyroben z jiného biologicky odbouratelného materiálu.
Uvnitř kapsle je jehla připevněna ke stlačené pružině, kterou drží na místě disk vyrobený z cukru. Když je kapsle spolknuta, voda v žaludku rozpustí cukrový disk, uvolní pružinu a vpíchne jehlu do žaludeční stěny.
Žaludeční stěna nemá receptory bolesti, takže vědci se domnívají, že pacienti by injekci necítili. Aby zajistili vstříknutí léku do žaludeční stěny, navrhli výzkumníci svůj systém tak, aby se bez ohledu na to, jak kapsle dopadne do žaludku, dokázal zorientovat tak, aby jehla byla v kontaktu se sliznicí žaludku.
„Jakmile si ji vezmete, chcete, aby se systém sám zorientoval, abyste zajistili kontakt s tkání,“ říká Traverso.
Výzkumníci se pro funkci sebeorientace inspirovali želvou známou jako želva leopardí. Tato želva, která se vyskytuje v Africe, má krunýř s vysokou, strmou kopulí, která jí umožňuje, aby se sama narovnala, pokud se převalí na záda. Vědci použili počítačové modelování, aby pro svou kapsli vymysleli variantu tohoto tvaru, která jí umožňuje přeorientovat se i v dynamickém prostředí žaludku.
„Důležité je, že při vpichu máme jehlu v kontaktu s tkání,“ říká Abramson. „Také pokud by se člověk pohnul nebo by žaludek zakručel, zařízení se nepohne z preferované orientace.“
Po vpíchnutí hrotu jehly do stěny žaludku se inzulin rozpouští rychlostí, kterou mohou vědci řídit při přípravě kapsle. V této studii trvalo asi hodinu, než se veškerý inzulín plně uvolnil do krevního oběhu.
Snadnější pro pacienty
Při testech na prasatech vědci prokázali, že mohou úspěšně dodat až 300 mikrogramů inzulínu. Nedávno se jim podařilo zvýšit dávku na 5 miligramů, což je srovnatelné s množstvím, které by si musel aplikovat pacient s diabetem 1. typu.
Po uvolnění obsahu kapsle může neškodně projít trávicím systémem. Vědci nezjistili žádné nežádoucí účinky kapsle, která je vyrobena z biologicky odbouratelného polymeru a komponentů z nerezové oceli.
Maria José Alonso, profesorka biofarmacie a farmaceutické technologie na univerzitě v Santiagu de Compostela ve Španělsku, popisuje novou kapsli jako „radikálně novou technologii“, která by mohla být přínosem pro mnoho pacientů.
„Nehovoříme o postupném zlepšování vstřebávání inzulínu, což je to, čím se dosud zabývala většina výzkumníků v této oblasti. Toto je zdaleka nejreálnější a nejvlivnější dosud odhalená průlomová technologie pro perorální podávání peptidů,“ říká Alonso, který se na výzkumu nepodílel.
Tým MIT nyní pokračuje ve spolupráci se společností Novo Nordisk na dalším vývoji technologie a optimalizaci výrobního procesu kapslí. Domnívají se, že tento typ podávání léků by mohl být užitečný pro jakékoli bílkovinné léčivo, které se normálně musí aplikovat injekčně, například imunosupresiva používaná k léčbě revmatoidní artritidy nebo zánětlivých střevních onemocnění. Může fungovat i pro nukleové kyseliny, jako jsou DNA a RNA.
„Naší motivací je usnadnit pacientům užívání léků, zejména těch, které vyžadují injekci,“ říká Traverso. „Klasickým je inzulín, ale existuje mnoho dalších.“
Výzkum byl financován společností Novo Nordisk, Národním institutem zdraví, stipendiem National Science Foundation Graduate Research Fellowship, Brigham and Women’s Hospital, výzkumným stipendiem Viking Olaf Bjork a programem MIT Undergraduate Research Opportunities Program.
Dalšími autory práce jsou Ester Caffarel-Salvador, Minsoo Khang, David Dellal, David Silverstein, Yuan Gao, Morten Revsgaard Frederiksen, Andreas Vegge, František Hubálek, Jorrit Water, Anders Friderichsen, Johannes Fels, Rikke Kaae Kirk, Cody Cleveland, Joy Collins, Siddartha Tamang, Alison Hayward, Tomas Landh, Stephen Buckley, Niclas Roxhed a Ulrik Rahbek.