De la taille d’une myrtille, la capsule contient une petite aiguille faite d’insuline comprimée, qui est injectée après que la capsule ait atteint l’estomac. Lors de tests sur des animaux, les chercheurs ont montré qu’ils pouvaient délivrer suffisamment d’insuline pour abaisser la glycémie à des niveaux comparables à ceux produits par des injections administrées à travers la peau. Ils ont également démontré que le dispositif peut être adapté pour délivrer d’autres médicaments protéiques.
« Nous avons vraiment l’espoir que ce nouveau type de capsule puisse un jour aider les patients diabétiques et peut-être tous ceux qui ont besoin de thérapies qui ne peuvent aujourd’hui être administrées que par injection ou perfusion », déclare Robert Langer, le professeur de l’Institut David H. Koch Institute Professor, membre du Koch Institute for Integrative Cancer Research du MIT, et l’un des auteurs principaux de l’étude.
Giovanni Traverso, professeur adjoint au Brigham and Women’s Hospital, Harvard Medical School, et chercheur invité au département de génie mécanique du MIT, où il commencera en tant que membre de la faculté en 2019, est également un auteur principal de l’étude. Le premier auteur de l’article, publié dans le numéro de Science du 7 février, est Alex Abramson, étudiant diplômé du MIT. L’équipe de recherche comprend également des scientifiques de la société pharmaceutique Novo Nordisk.
Auto-orientation
Il y a plusieurs années, Traverso, Langer et leurs collègues ont mis au point une pilule recouverte de nombreuses aiguilles minuscules qui pouvaient être utilisées pour injecter des médicaments dans la paroi de l’estomac ou de l’intestin grêle. Pour la nouvelle capsule, les chercheurs ont modifié la conception pour n’avoir qu’une seule aiguille, ce qui leur a permis d’éviter d’injecter des médicaments à l’intérieur de l’estomac, où ils seraient décomposés par les acides gastriques avant d’avoir un quelconque effet.
L’extrémité de l’aiguille est composée à près de 100 % d’insuline comprimée et lyophilisée, selon le même procédé que celui utilisé pour former des comprimés de médicaments. La tige de l’aiguille, qui ne pénètre pas dans la paroi de l’estomac, est faite d’un autre matériau biodégradable.
Dans la capsule, l’aiguille est attachée à un ressort comprimé qui est maintenu en place par un disque fait de sucre. Lorsque la capsule est avalée, l’eau contenue dans l’estomac dissout le disque de sucre, libérant le ressort et injectant l’aiguille dans la paroi de l’estomac.
La paroi de l’estomac ne possède pas de récepteurs de la douleur, les chercheurs pensent donc que les patients ne pourraient pas sentir l’injection. Pour s’assurer que le médicament est injecté dans la paroi de l’estomac, les chercheurs ont conçu leur système de manière à ce que, quelle que soit la façon dont la capsule atterrit dans l’estomac, elle puisse s’orienter de manière à ce que l’aiguille soit en contact avec la paroi de l’estomac.
« Dès que vous le prenez, vous voulez que le système s’auto-redresse de manière à assurer le contact avec le tissu », explique Traverso.
Les chercheurs se sont inspirés, pour la fonction d’auto-orientation, d’une tortue connue sous le nom de tortue léopard. Cette tortue, que l’on trouve en Afrique, a une carapace avec un dôme élevé et abrupt, lui permettant de se redresser si elle roule sur le dos. Les chercheurs ont utilisé la modélisation informatique pour trouver une variante de cette forme pour leur capsule, ce qui lui permet de se réorienter même dans l’environnement dynamique de l’estomac.
« Ce qui est important, c’est que nous ayons l’aiguille en contact avec le tissu lorsqu’elle est injectée », dit Abramson. « De plus, si une personne bougeait ou si l’estomac grognait, le dispositif ne bougerait pas de son orientation préférée. »
Une fois que la pointe de l’aiguille est injectée dans la paroi de l’estomac, l’insuline se dissout à une vitesse qui peut être contrôlée par les chercheurs lors de la préparation de la capsule. Dans cette étude, il a fallu environ une heure pour que toute l’insuline soit entièrement libérée dans la circulation sanguine.
Plus facile pour les patients
Dans des tests sur des porcs, les chercheurs ont montré qu’ils pouvaient réussir à délivrer jusqu’à 300 microgrammes d’insuline. Plus récemment, ils ont pu augmenter la dose à 5 milligrammes, ce qui est comparable à la quantité qu’un patient atteint de diabète de type 1 devrait s’injecter.
Une fois que la capsule libère son contenu, elle peut passer sans danger dans le système digestif. Les chercheurs n’ont constaté aucun effet indésirable de la capsule, qui est fabriquée à partir d’un polymère biodégradable et de composants en acier inoxydable.
Maria José Alonso, professeur de biopharmaceutique et de technologie pharmaceutique à l’Université de Saint-Jacques-de-Compostelle en Espagne, décrit la nouvelle capsule comme une « technologie radicalement nouvelle » qui pourrait bénéficier à de nombreux patients.
« Nous ne parlons pas d’améliorations progressives de l’absorption de l’insuline, ce que la plupart des chercheurs dans le domaine ont fait jusqu’à présent. C’est de loin la technologie de rupture la plus réaliste et la plus impactante divulguée jusqu’à présent pour l’administration de peptides par voie orale », déclare Alonso, qui n’a pas participé à la recherche.
L’équipe du MIT continue maintenant à travailler avec Novo Nordisk pour développer davantage la technologie et optimiser le processus de fabrication des capsules. Ils pensent que ce type d’administration de médicaments pourrait être utile pour tout médicament protéique qui doit normalement être injecté, comme les immunosuppresseurs utilisés pour traiter la polyarthrite rhumatoïde ou les maladies inflammatoires de l’intestin. Cela pourrait également fonctionner pour les acides nucléiques tels que l’ADN et l’ARN.
« Notre motivation est de faciliter la prise de médicaments par les patients, en particulier les médicaments qui nécessitent une injection », explique Traverso. « Le classique est l’insuline, mais il y en a beaucoup d’autres. »
La recherche a été financée par Novo Nordisk, les National Institutes of Health, une bourse de recherche pour diplômés de la National Science Foundation, le Brigham and Women’s Hospital, une bourse de recherche Viking Olaf Bjork et le MIT Undergraduate Research Opportunities Program.
Les autres auteurs de l’article sont 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, et Ulrik Rahbek.