Circa la dimensione di un mirtillo, la capsula contiene un piccolo ago di insulina compressa, che viene iniettata dopo che la capsula raggiunge lo stomaco. Nei test sugli animali, i ricercatori hanno dimostrato che potrebbero consegnare abbastanza insulina per abbassare lo zucchero nel sangue a livelli paragonabili a quelli prodotti da iniezioni date attraverso la pelle. Hanno anche dimostrato che il dispositivo può essere adattato per consegnare altri farmaci proteici.
“Siamo davvero fiduciosi che questo nuovo tipo di capsula potrebbe un giorno aiutare i pazienti diabetici e forse chiunque abbia bisogno di terapie che ora può essere dato solo tramite iniezione o infusione,” dice Robert Langer, il David H. Koch Institute Professor, membro del Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT, e uno degli autori senior dello studio.
Giovanni Traverso, un assistente professore al Brigham and Women’s Hospital, Harvard Medical School, e uno scienziato in visita presso il Dipartimento di ingegneria meccanica del MIT, dove sta iniziando come membro di facoltà nel 2019, è anche un autore senior dello studio. Il primo autore del documento, che appare nel numero del 7 febbraio di Science, è lo studente laureato del MIT Alex Abramson. Il team di ricerca comprende anche scienziati della società farmaceutica Novo Nordisk.
Auto-orientamento
Diversi anni fa, Traverso, Langer e i loro colleghi hanno sviluppato una pillola rivestita con molti piccoli aghi che potrebbero essere utilizzati per iniettare farmaci nel rivestimento dello stomaco o dell’intestino tenue. Per la nuova capsula, i ricercatori hanno cambiato il design per avere un solo ago, permettendo loro di evitare di iniettare farmaci all’interno dello stomaco, dove sarebbero stati scomposti dagli acidi dello stomaco prima di avere qualsiasi effetto.
La punta dell’ago è fatta quasi al 100% di insulina compressa e liofilizzata, utilizzando lo stesso processo utilizzato per formare compresse di medicina. Il fusto dell’ago, che non entra nella parete dello stomaco, è fatto di un altro materiale biodegradabile.
Nella capsula, l’ago è attaccato a una molla compressa che è tenuta in posizione da un disco fatto di zucchero. Quando la capsula viene inghiottita, l’acqua nello stomaco scioglie il disco di zucchero, rilasciando la molla e iniettando l’ago nella parete dello stomaco.
La parete dello stomaco non ha recettori del dolore, quindi i ricercatori credono che i pazienti non sarebbero in grado di sentire l’iniezione. Per garantire che il farmaco viene iniettato nella parete dello stomaco, i ricercatori hanno progettato il loro sistema in modo che non importa come la capsula atterra nello stomaco, può orientarsi in modo che l’ago è in contatto con il rivestimento dello stomaco.
“Non appena si prende, si desidera che il sistema di auto-diritto in modo che si può garantire il contatto con il tessuto”, dice Traverso.
I ricercatori hanno tratto ispirazione per la caratteristica di auto-orientamento da una tartaruga conosciuta come la tartaruga leopardo. Questa tartaruga, che si trova in Africa, ha un guscio con una cupola alta e ripida, che le permette di raddrizzarsi se rotola sulla schiena. I ricercatori hanno usato la modellazione al computer per trovare una variante di questa forma per la loro capsula, che le permette di riorientarsi anche nell’ambiente dinamico dello stomaco.
“Ciò che è importante è che abbiamo l’ago in contatto con il tessuto quando viene iniettato”, dice Abramson. “Inoltre, se una persona dovesse muoversi o lo stomaco dovesse brontolare, il dispositivo non si sposterebbe dal suo orientamento preferito.”
Una volta che la punta dell’ago viene iniettata nella parete dello stomaco, l’insulina si dissolve ad una velocità che può essere controllata dai ricercatori mentre si prepara la capsula. In questo studio, ci è voluta circa un’ora perché tutta l’insulina fosse completamente rilasciata nel flusso sanguigno.
Più facile per i pazienti
Nei test sui maiali, i ricercatori hanno dimostrato che potevano consegnare con successo fino a 300 microgrammi di insulina. Più recentemente, sono stati in grado di aumentare la dose a 5 milligrammi, che è paragonabile alla quantità che un paziente con diabete di tipo 1 avrebbe bisogno di iniettare.
Dopo che la capsula rilascia il suo contenuto, può passare innocuamente attraverso il sistema digestivo. I ricercatori non hanno trovato effetti negativi dalla capsula, che è fatta di polimero biodegradabile e componenti in acciaio inossidabile.
Maria José Alonso, professore di biofarmaceutica e tecnologia farmaceutica presso l’Università di Santiago de Compostela in Spagna, descrive la nuova capsula come una “tecnologia radicalmente nuova” che potrebbe beneficiare molti pazienti.
“Non stiamo parlando di miglioramenti incrementali nell’assorbimento di insulina, che è ciò che la maggior parte dei ricercatori nel campo hanno fatto finora. Questa è di gran lunga la tecnologia di svolta più realistica e impattante divulgata fino ad ora per la consegna orale dei peptidi”, dice Alonso, che non è stato coinvolto nella ricerca.
Il team del MIT sta ora continuando a lavorare con Novo Nordisk per sviluppare ulteriormente la tecnologia e ottimizzare il processo di produzione delle capsule. Credono che questo tipo di consegna del farmaco potrebbe essere utile per qualsiasi farmaco proteico che normalmente deve essere iniettato, come gli immunosoppressori usati per trattare l’artrite reumatoide o le malattie infiammatorie intestinali. Potrebbe anche funzionare per gli acidi nucleici come il DNA e l’RNA.
“La nostra motivazione è quella di rendere più facile per i pazienti di prendere i farmaci, in particolare i farmaci che richiedono un’iniezione”, dice Traverso. “
La ricerca è stata finanziata da Novo Nordisk, dal National Institutes of Health, da una National Science Foundation Graduate Research Fellowship, dal Brigham and Women’s Hospital, da una Viking Olaf Bjork Research Scholarship e dal MIT Undergraduate Research Opportunities Program.
Gli altri autori del documento includono 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, e Ulrik Rahbek.