A nagyjából áfonya méretű kapszula egy kis tűvel tömörített inzulint tartalmaz, amelyet a kapszula gyomorba jutása után fecskendeznek be. Állatokon végzett kísérletek során a kutatók kimutatták, hogy elegendő inzulint tudnak szállítani ahhoz, hogy a vércukorszintet a bőrön keresztül adott injekciókhoz hasonló szintre csökkentsék. Azt is bebizonyították, hogy az eszköz más fehérjetartalmú gyógyszerek adagolására is átalakítható.
“Nagyon reméljük, hogy ez az újfajta kapszula egy napon segíthet a cukorbetegeken és talán bárki máson, akinek olyan terápiára van szüksége, amelyet jelenleg csak injekcióval vagy infúzióval lehet adni” – mondja Robert Langer, a David H. Koch Intézet professzora, az MIT Koch Institute for Integrative Cancer Research tagja, és a tanulmány egyik vezető szerzője.
Giovanni Traverso, a Harvard Medical School Brigham and Women’s Hospital adjunktusa és az MIT Gépészmérnöki Tanszékének vendégkutatója, ahol 2019-ben kezd oktatóként, szintén a tanulmány vezető szerzője. A Science február 7-i számában megjelenő tanulmány első szerzője Alex Abramson, az MIT végzős hallgatója. A kutatócsoportban a Novo Nordisk gyógyszergyártó cég tudósai is részt vesznek.
Önorientáció
Több évvel ezelőtt Traverso, Langer és kollégáik kifejlesztettek egy sok apró tűvel bevont tablettát, amellyel gyógyszereket lehet beadni a gyomor vagy a vékonybél nyálkahártyájába. Az új kapszula esetében a kutatók úgy változtatták meg a kialakítást, hogy csak egy tűt tartalmazzon, így elkerülhették, hogy a gyógyszereket a gyomor belsejébe fecskendezzék, ahol a gyomorsavak lebontanák őket, mielőtt kifejtenék hatásukat.
A tű hegye közel 100 százalékban tömörített, fagyasztva szárított inzulinból készült, ugyanolyan eljárással, mint amilyennel a gyógyszertablettákat formálják. A tű szárát, amely nem hatol be a gyomorfalba, egy másik, biológiailag lebomló anyagból készítik.
A kapszulában a tűt egy tömörített rugóhoz rögzítik, amelyet egy cukorból készült korong tart a helyén. Amikor a kapszulát lenyelik, a gyomorban lévő víz feloldja a cukorkorongot, felszabadítja a rugót, és a tűt a gyomorfalba fecskendezi.
A gyomorfalnak nincsenek fájdalomreceptorai, ezért a kutatók szerint a betegek nem éreznék az injekciót. Annak biztosítására, hogy a gyógyszer a gyomorfalba kerüljön befecskendezésre, a kutatók úgy tervezték meg a rendszerüket, hogy függetlenül attól, hogy a kapszula hogyan landol a gyomorban, képes legyen úgy orientálni magát, hogy a tű érintkezzen a gyomornyálkahártyával.
“Amint bevesszük, azt akarjuk, hogy a rendszer magától kiegyenesedjen, hogy biztosítsa a szövetekkel való érintkezést” – mondja Traverso.
A kutatók az önorientációs funkcióhoz egy leopárdteknős néven ismert teknősből merítettek ihletet. Ennek az Afrikában található teknősnek magas, meredek kupolával ellátott páncélja van, amely lehetővé teszi számára, hogy a hátára gurulva kiegyenesedjen. A kutatók számítógépes modellezéssel ennek az alaknak egy változatát találták ki a kapszulájukhoz, amely lehetővé teszi, hogy a gyomor dinamikus környezetében is át tudjon igazodni.
“Az a fontos, hogy a tű érintkezzen a szövetekkel, amikor beadjuk” – mondja Abramson. “Továbbá, ha az ember mozogna, vagy a gyomor korogna, az eszköz nem mozdulna el a preferált irányból.”
Mihelyt a tű hegyét a gyomorfalba fecskendezik, az inzulin olyan sebességgel oldódik fel, amelyet a kutatók a kapszula elkészítése során szabályozni tudnak. Ebben a vizsgálatban körülbelül egy órába telt, amíg az összes inzulin teljesen felszabadult a véráramba.
Egyszerűbb a betegek számára
Sertéseken végzett tesztekben a kutatók kimutatták, hogy akár 300 mikrogramm inzulint is sikeresen be tudtak juttatni. Nemrégiben sikerült 5 milligrammra növelniük az adagot, ami hasonló ahhoz a mennyiséghez, amit egy 1-es típusú cukorbetegségben szenvedő betegnek kellene beadni.
Miután a kapszula kiadja a tartalmát, az ártalmatlanul áthaladhat az emésztőrendszeren. A kutatók nem találtak káros hatásokat a kapszulának, amely biológiailag lebomló polimerből és rozsdamentes acélból készült.
Maria José Alonso, a spanyolországi Santiago de Compostela Egyetem biofarmácia és gyógyszertechnológia professzora az új kapszulát “radikálisan új technológiának” nevezi, amely sok beteg számára előnyös lehet.
“Nem az inzulin felszívódásának fokozatos javításáról beszélünk, amit eddig a legtöbb kutató tett a területen. Ez messze a legreálisabb és leghatásosabb áttörést jelentő technológia, amelyet eddig nyilvánosságra hoztak az orális peptidszállítás terén” – mondja Alonso, aki nem vett részt a kutatásban.
Az MIT csapata most folytatja a munkát a Novo Nordiskkal a technológia továbbfejlesztése és a kapszulák gyártási folyamatának optimalizálása érdekében. Úgy vélik, hogy ez a fajta gyógyszeradagolás hasznos lehet bármilyen fehérje hatóanyag esetében, amelyet általában be kell injekciózni, például a reumás ízületi gyulladás vagy a gyulladásos bélbetegségek kezelésére használt immunszuppresszánsok esetében. Működhet nukleinsavak, például DNS és RNS esetében is.
“Motivációnk az, hogy megkönnyítsük a betegek számára a gyógyszerek szedését, különösen az injekciót igénylő gyógyszerek esetében” – mondja Traverso. “A klasszikus az inzulin, de sok más is van.”
A kutatást a Novo Nordisk, a National Institutes of Health, a National Science Foundation Graduate Research Fellowship, a Brigham and Women’s Hospital, a Viking Olaf Bjork Research Scholarship és az MIT Undergraduate Research Opportunities Program finanszírozta.
A tanulmány további szerzői: 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 és Ulrik Rahbek.