De mărimea unei afine, capsula conține un mic ac din insulină comprimată, care este injectată după ce capsula ajunge în stomac. În testele efectuate pe animale, cercetătorii au arătat că pot livra suficientă insulină pentru a reduce glicemia la niveluri comparabile cu cele produse de injecțiile administrate prin piele. Aceștia au demonstrat, de asemenea, că dispozitivul poate fi adaptat pentru a administra și alte medicamente proteice.
„Suntem cu adevărat încrezători că acest nou tip de capsulă ar putea ajuta într-o zi pacienții diabetici și poate pe oricine are nevoie de terapii care acum pot fi administrate doar prin injecție sau perfuzie”, spune Robert Langer, directorul David H. Koch Institute Professor, membru al Institutului Koch pentru Cercetare Integrativă a Cancerului de la MIT și unul dintre autorii seniori ai studiului.
Giovanni Traverso, profesor asistent la Brigham and Women’s Hospital, Harvard Medical School, și cercetător invitat în cadrul Departamentului de Inginerie Mecanică de la MIT, unde va începe ca membru al facultății în 2019, este, de asemenea, un autor senior al studiului. Primul autor al lucrării, care apare în ediția din 7 februarie a revistei Science, este Alex Abramson, student absolvent al MIT. Echipa de cercetare include, de asemenea, oameni de știință de la compania farmaceutică Novo Nordisk.
Auto-orientare
În urmă cu câțiva ani, Traverso, Langer și colegii lor au dezvoltat o pastilă acoperită cu multe ace minuscule care ar putea fi folosite pentru a injecta medicamente în mucoasa stomacului sau a intestinului subțire. Pentru noua capsulă, cercetătorii au modificat designul pentru a avea doar un singur ac, ceea ce le-a permis să evite injectarea medicamentelor în interiorul stomacului, unde ar fi fost descompuse de acizii stomacali înainte de a avea vreun efect.
Vârful acului este făcut din insulină comprimată aproape 100%, liofilizată, folosind același proces folosit pentru a forma tablete de medicamente. Tija acului, care nu pătrunde în peretele stomacului, este realizată dintr-un alt material biodegradabil.
În capsulă, acul este atașat de un arc comprimat care este ținut în poziție de un disc realizat din zahăr. Atunci când capsula este înghițită, apa din stomac dizolvă discul de zahăr, eliberând resortul și injectând acul în peretele stomacului.
Peretele stomacului nu are receptori de durere, astfel încât cercetătorii cred că pacienții nu vor putea simți injecția. Pentru a se asigura că medicamentul este injectat în peretele stomacului, cercetătorii au proiectat sistemul lor astfel încât, indiferent de modul în care capsula aterizează în stomac, să se poată orienta astfel încât acul să fie în contact cu mucoasa stomacului.
„De îndată ce o iei, vrei ca sistemul să se auto-orienteze astfel încât să poți asigura contactul cu țesutul”, spune Traverso.
Cercetătorii s-au inspirat pentru caracteristica de auto-orientare de la o broască țestoasă cunoscută sub numele de broasca țestoasă leopard. Această broască țestoasă, care se găsește în Africa, are o carapace cu o cupolă înaltă și abruptă, care îi permite să se îndrepte singură dacă se rostogolește pe spate. Cercetătorii au folosit modelarea pe calculator pentru a găsi o variantă a acestei forme pentru capsula lor, care îi permite să se reorienteze chiar și în mediul dinamic al stomacului.
„Ceea ce este important este ca acul să fie în contact cu țesutul atunci când este injectat”, spune Abramson. „De asemenea, dacă o persoană s-ar mișca sau dacă stomacul ar mârâi, dispozitivul nu s-ar mișca din orientarea sa preferată.”
După ce vârful acului este injectat în peretele stomacului, insulina se dizolvă cu o rată care poate fi controlată de cercetători pe măsură ce capsula este pregătită. În acest studiu, a fost nevoie de aproximativ o oră pentru ca toată insulina să fie eliberată complet în fluxul sanguin.
Mai ușor pentru pacienți
În testele efectuate pe porci, cercetătorii au arătat că pot livra cu succes până la 300 de micrograme de insulină. Mai recent, ei au reușit să crească doza la 5 miligrame, ceea ce este comparabil cu cantitatea pe care ar trebui să o injecteze un pacient cu diabet de tip 1.
După ce capsula își eliberează conținutul, aceasta poate trece inofensiv prin sistemul digestiv. Cercetătorii nu au constatat niciun efect advers al capsulei, care este fabricată din polimer biodegradabil și componente din oțel inoxidabil.
Maria José Alonso, profesor de biofarmaceutică și tehnologie farmaceutică la Universitatea Santiago de Compostela din Spania, descrie noua capsulă ca fiind o „tehnologie radical nouă” de care ar putea beneficia mulți pacienți.
„Nu vorbim despre îmbunătățiri incrementale ale absorbției de insulină, ceea ce au făcut până acum majoritatea cercetătorilor din domeniu. Aceasta este de departe cea mai realistă și de impact tehnologie revoluționară dezvăluită până în prezent pentru administrarea peptidelor pe cale orală”, spune Alonso, care nu a fost implicat în cercetare.
Echipa MIT continuă acum să lucreze cu Novo Nordisk pentru a dezvolta în continuare tehnologia și pentru a optimiza procesul de fabricație a capsulelor. Ei cred că acest tip de livrare a medicamentelor ar putea fi util pentru orice medicament proteic care în mod normal trebuie să fie injectat, cum ar fi imunosupresoarele utilizate pentru tratarea artritei reumatoide sau a bolilor inflamatorii intestinale. De asemenea, ar putea funcționa și pentru acizi nucleici, cum ar fi ADN și ARN.
„Motivația noastră este de a face mai ușor pentru pacienți să ia medicamente, în special medicamente care necesită o injecție”, spune Traverso. „Cea clasică este insulina, dar există multe altele.”
Cercetarea a fost finanțată de Novo Nordisk, de National Institutes of Health, de o bursă de cercetare pentru absolvenți a National Science Foundation, de Brigham and Women’s Hospital, de o bursă de cercetare Viking Olaf Bjork și de MIT Undergraduate Research Opportunities Program.
Alți autori ai lucrării sunt 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 și Ulrik Rahbek.