La cápsula, del tamaño de un arándano, contiene una pequeña aguja de insulina comprimida, que se inyecta cuando la cápsula llega al estómago. En pruebas con animales, los investigadores demostraron que podían suministrar suficiente insulina para reducir el azúcar en sangre a niveles comparables a los producidos por las inyecciones administradas a través de la piel. También demostraron que el dispositivo puede adaptarse para administrar otros fármacos proteicos.
«Tenemos muchas esperanzas de que este nuevo tipo de cápsula pueda ayudar algún día a los pacientes diabéticos y quizá a cualquier persona que necesite terapias que ahora sólo pueden administrarse por inyección o infusión», afirma Robert Langer, profesor del Instituto David H. Koch, miembro del Instituto Koch para la Investigación Integrativa del Cáncer del MIT, y uno de los autores principales del estudio.
Giovanni Traverso, profesor adjunto del Hospital Brigham y de Mujeres, de la Escuela de Medicina de Harvard, y científico visitante en el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT, donde comenzará como miembro de la facultad en 2019, también es autor principal del estudio. El primer autor del trabajo, que aparece en el número del 7 de febrero de Science, es el estudiante graduado del MIT Alex Abramson. El equipo de investigación también incluye a científicos de la compañía farmacéutica Novo Nordisk.
Autoorientación
Hace varios años, Traverso, Langer y sus colegas desarrollaron una píldora recubierta con muchas agujas diminutas que podían utilizarse para inyectar medicamentos en el revestimiento del estómago o el intestino delgado. Para la nueva cápsula, los investigadores cambiaron el diseño para que tuviera una sola aguja, lo que les permitió evitar la inyección de fármacos en el interior del estómago, donde serían descompuestos por los ácidos estomacales antes de surtir efecto.
La punta de la aguja está hecha de insulina liofilizada y comprimida casi al 100 por ciento, mediante el mismo proceso utilizado para formar comprimidos de medicamentos. El eje de la aguja, que no entra en la pared del estómago, está hecho de otro material biodegradable.
Dentro de la cápsula, la aguja está unida a un muelle comprimido que se mantiene en su lugar por un disco hecho de azúcar. Cuando se traga la cápsula, el agua del estómago disuelve el disco de azúcar, liberando el muelle e inyectando la aguja en la pared del estómago.
La pared del estómago no tiene receptores de dolor, por lo que los investigadores creen que los pacientes no podrían sentir la inyección. Para asegurarse de que el fármaco se inyecta en la pared del estómago, los investigadores diseñaron su sistema de forma que, independientemente de cómo caiga la cápsula en el estómago, pueda orientarse para que la aguja esté en contacto con el revestimiento del estómago.
«En cuanto se toma, se quiere que el sistema se autorregule para asegurar el contacto con el tejido», afirma Traverso.
Los investigadores se inspiraron en una tortuga conocida como tortuga leopardo para la función de autoorientación. Esta tortuga, que se encuentra en África, tiene un caparazón con una cúpula alta y empinada que le permite enderezarse si rueda sobre su espalda. Los investigadores utilizaron el modelado por ordenador para idear una variante de esta forma para su cápsula, que le permite reorientarse incluso en el entorno dinámico del estómago.
«Lo importante es que tengamos la aguja en contacto con el tejido cuando se inyecta», dice Abramson. «Además, si una persona se moviera o el estómago gruñera, el dispositivo no se movería de su orientación preferida».
Una vez que la punta de la aguja se inyecta en la pared del estómago, la insulina se disuelve a un ritmo que puede ser controlado por los investigadores mientras se prepara la cápsula. En este estudio, se tardó aproximadamente una hora en liberar toda la insulina en el torrente sanguíneo.
Más fácil para los pacientes
En pruebas con cerdos, los investigadores demostraron que podían administrar con éxito hasta 300 microgramos de insulina. Más recientemente, han podido aumentar la dosis a 5 miligramos, que es comparable a la cantidad que necesitaría inyectarse un paciente con diabetes de tipo 1.
Después de que la cápsula libera su contenido, puede pasar inofensivamente por el sistema digestivo. Los investigadores no encontraron efectos adversos de la cápsula, fabricada con polímero biodegradable y componentes de acero inoxidable.
María José Alonso, catedrática de biofarmacia y tecnología farmacéutica de la Universidad de Santiago de Compostela en España, describe la nueva cápsula como una «tecnología radicalmente nueva» que podría beneficiar a muchos pacientes.
«No estamos hablando de mejoras incrementales en la absorción de la insulina, que es lo que la mayoría de los investigadores en este campo han hecho hasta ahora. Esta es, con mucho, la tecnología innovadora más realista e impactante divulgada hasta ahora para la administración de péptidos por vía oral», afirma Alonso, que no participó en la investigación.
El equipo del MIT continúa ahora trabajando con Novo Nordisk para seguir desarrollando la tecnología y optimizar el proceso de fabricación de las cápsulas. Creen que este tipo de administración de fármacos podría ser útil para cualquier medicamento proteico que normalmente tenga que inyectarse, como los inmunosupresores utilizados para tratar la artritis reumatoide o la enfermedad inflamatoria intestinal. También podría servir para ácidos nucleicos como el ADN y el ARN.
«Nuestra motivación es facilitar a los pacientes la toma de medicamentos, sobre todo los que requieren una inyección», afirma Traverso. «El clásico es la insulina, pero hay muchos otros».
La investigación fue financiada por Novo Nordisk, los Institutos Nacionales de Salud, una beca de investigación para graduados de la Fundación Nacional de Ciencias, el Hospital Brigham and Women’s, una beca de investigación Viking Olaf Bjork y el Programa de Oportunidades de Investigación de Pregrado del MIT.
Otros autores del trabajo son Ester Caffarel-Salvador, Minsoo Khang, David Dellal, David Silverstein, Yuan Gao, Morten Revsgaard Frederiksen, Andreas Vegge, Frantisek Hubalek, Jorrit Water, Anders Friderichsen, Johannes Fels, Rikke Kaae Kirk, Cody Cleveland, Joy Collins, Siddartha Tamang, Alison Hayward, Tomas Landh, Stephen Buckley, Niclas Roxhed y Ulrik Rahbek.