ブルーベリーほどの大きさのカプセルに、インスリンを圧縮した小さな針が入っており、カプセルが胃に到達してから注入されます。 動物実験では、皮膚から投与する注射と同等のレベルまで血糖値を下げるのに十分なインスリンを供給できることを示しました。 この新しいタイプのカプセルが、いつの日か、糖尿病患者や、今は注射や点滴でしか行えない治療を必要とする人々の助けになることを、私たちは心から願っています」と、David H. Langerは語っています。
ハーバード大学医学部ブリガム＆ウィメンズ病院助教授で、2019年に教員として着任するMIT機械工学科の客員科学者であるジョヴァンニ・トラヴェルソも、この研究の上席著者です。 2月7日発行の『Science』誌に掲載された論文の筆頭著者は、MIT大学院生のアレックス・アブラムソンです。 研究チームには、製薬会社Novo Nordiskの科学者も含まれています。
自己志向
数年前、トラヴェルソとランガー、および彼らの同僚は、胃や小腸の粘膜に薬を注入するために使用できる多くの小さな針でコーティングされた錠剤を開発しました。 この新しいカプセルでは、研究者たちは針を1本だけに設計変更し、薬を胃の内部に注入することを避けました。この場合、薬は効果を発揮する前に胃酸によって分解されてしまいます。 胃壁に入らない針の軸は、別の生分解性材料でできています。
カプセルの中で、針は砂糖でできたディスクで固定された圧縮バネに取り付けられています。 カプセルを飲み込むと、胃の中の水分が砂糖の円盤を溶かし、バネを解放して針を胃壁に注入します。
胃壁には痛みの受容体がないため、研究者は患者が注射を感じることはないと考えています。 薬物が胃壁に注入されるようにするため、研究者たちは、カプセルがどのように胃に落ちても、針が胃の内壁に接触するように自己位置合わせができるようにシステムを設計しました」
「服用するとすぐに、組織が確実に接触できるように、システムが自己位置合わせするようにします」とトラヴェルソ氏は述べています。 アフリカに生息するこのカメは、甲羅が高く急なドーム状になっており、仰向けに転がったときに自分を正すことができます。 研究者たちは、コンピュータ・モデリングを使って、このカプセルの形状を変形させ、胃の中のダイナミックな環境でもカプセル自身の向きを変えることができるようにしたのです。 「また、人が動き回ったり、胃がうなったりしても、デバイスが好ましい方向から動くことはありません」
針の先端が胃壁に注入されると、インスリンは、カプセルの準備中に研究者が制御できる速度で溶ける。 この研究では、インスリンのすべてが血流に完全に放出されるまでに約1時間かかりました。
患者にとってより簡単
豚のテストでは、研究者は最大300マイクログラムのインスリンをうまく供給できることを示しました。 これは、1型糖尿病の患者が注射を必要とする量に匹敵します。
カプセルはその内容物を放出した後、消化器官を無害に通過することができます。 スペインのサンティアゴ・デ・コンポステラ大学の生物薬剤学および薬剤技術の教授であるMaria José Alonso氏は、この新しいカプセルを、多くの患者に恩恵をもたらす「根本的に新しい技術」であると述べています。 これは、経口ペプチド送達に関してこれまで開示された中で、圧倒的に現実的でインパクトのある画期的な技術です」と、この研究に関与していないAlonso氏は言います。
MITチームは現在、この技術をさらに開発しカプセルの製造工程を最適化するためにノボ ノルディスクとの共同作業を続けています。 研究チームは、この種の薬物送達は、関節リウマチや炎症性腸疾患の治療に用いられる免疫抑制剤など、通常は注射しなければならないあらゆるタンパク質薬剤に有用であると確信しています。 また、DNAやRNAなどの核酸にも有効かもしれません。
「私たちのモチベーションは、患者が薬、特に注射を必要とする薬を服用しやすくすることです」とトラバーソは言います。 「古典的なものはインスリンですが、他にもたくさんあります」
この研究は、ノボ ノルディスク、国立衛生研究所、国立科学財団大学院研究員、ブリガム・アンド・ウィメンズ病院、バイキング・オラフ・ビョーク研究奨学金、および MIT 学部研究機会プログラムによって資金提供されたものです。
この論文の他の著者は、Ester Caffarel-Salvador, Minsoo Khang, David Dellal, David Silverstein, Yuan Gao, Morten Revsgaard Frederiksen, Andreas Vegge, Frantisek Hubalek.などです。 Jorrit Water, Anders Friderichsen, Johannes Fels, Rikke Kaae Kirk, Cody Cleveland, Joy Collins, Siddartha Tamang, Alison Hayward, Tomas Landh, Stephen Buckley, Niclas Roxhed, and Ulrik Rahbek.の各氏が参加。