Одна из причин, по которой так трудно доставлять крупные белковые препараты перорально, заключается в том, что эти препараты не могут пройти через слизистый барьер, выстилающий пищеварительный тракт. Это означает, что инсулин и большинство других «биологических препаратов» — препаратов, состоящих из белков или нуклеиновых кислот — необходимо вводить инъекционно или вводить в больнице.

Новая лекарственная капсула, разработанная в Массачусетском технологическом институте, однажды сможет заменить эти инъекции. Капсула имеет роботизированную крышку, которая вращается и проходит через слизистый барьер, когда достигает тонкой кишки, позволяя лекарствам, переносимым капсулой, проникать в клетки, выстилающие кишечник.

«Вытесняя слизь, мы можем максимизировать дисперсию лекарства в локальной области и улучшить абсорбцию как малых молекул, так и макромолекул», — говорит Джованни Траверсо, доцент кафедры машиностроения Карла ван Тасселя в Массачусетском технологическом институте и гастроэнтеролог. в больнице Бригама и Женщин.

В исследовании, опубликованном сегодня в Science Robotics , исследователи продемонстрировали, что они могут использовать этот подход для доставки инсулина, а также ванкомицина, пептида-антибиотика, который в настоящее время необходимо вводить инъекционно.

Шрия Шринивасан, научный сотрудник Института интегративных исследований рака им. Коха при Массачусетском технологическом институте и младший научный сотрудник Общества стипендиатов Гарвардского университета, является ведущим автором исследования.

Туннелирование через

В течение нескольких лет лаборатория Траверсо разрабатывала стратегии пероральной доставки белковых препаратов, таких как инсулин. Это трудная задача, потому что белковые препараты, как правило, расщепляются в кислой среде пищеварительного тракта , а также с трудом проникают через слизистый барьер, выстилающий тракт.

Чтобы преодолеть эти препятствия, Сринивасан придумал создать защитную капсулу, включающую в себя механизм, который может прокладывать туннели через слизь, подобно тому, как туннельные бурильные машины просверливают почву и горные породы.

«Я думала, что если бы мы могли проложить туннель через слизь, то мы могли бы нанести лекарство прямо на эпителий», — говорит она. «Идея состоит в том, что вы глотаете эту капсулу, и внешний слой растворяется в пищеварительном тракте, обнажая все эти особенности, которые начинают проникать сквозь слизь и очищать ее».

Капсула «RoboCap», размером примерно с мультивитаминный комплекс, содержит лекарство в небольшом резервуаре на одном конце и обладает туннельными свойствами в основном корпусе и на поверхности. Капсула покрыта желатином, который можно настроить так, чтобы он растворялся при определенном pH.

Когда покрытие растворяется, изменение рН запускает крошечный двигатель внутри капсулы RoboCap, который начинает вращаться. Это движение помогает капсуле проникнуть в слизь и вытеснить ее. Капсула также покрыта небольшими шипами, которые удаляют слизь подобно действию зубной щетки.

Вращательное движение также помогает разрушить компартмент, содержащий лекарство, которое постепенно высвобождается в пищеварительном тракте.

«RoboCap временно смещает первоначальный слизистый барьер, а затем усиливает абсорбцию за счет локального максимального рассеивания препарата», — говорит Траверсо. «Объединяя все эти элементы, мы максимально увеличиваем нашу способность обеспечивать оптимальную ситуацию для всасывания лекарства».

Расширенная доставка

В тестах на животных исследователи использовали эту капсулу для доставки либо инсулина, либо ванкомицина, большого пептидного антибиотика, который используется для лечения широкого спектра инфекций, включая инфекции кожи, а также инфекции, поражающие ортопедические имплантаты. Исследователи обнаружили, что с капсулой они могут доставлять в 20-40 раз больше лекарства, чем аналогичная капсула без туннельного механизма.

Как только лекарство высвобождается из капсулы, сама капсула проходит через пищеварительный тракт самостоятельно. Исследователи не обнаружили признаков воспаления или раздражения в пищеварительном тракте после прохождения капсулы, а также заметили, что слой слизи восстанавливается в течение нескольких часов после того, как капсула вытеснила его.

Другой подход, который некоторые исследователи использовали для улучшения пероральной доставки лекарств, заключается в том, чтобы давать их вместе с дополнительными лекарствами, которые помогают им проникать через ткани кишечника. Однако эти усилители часто работают только с определенными препаратами. По словам Траверсо, поскольку новый подход команды Массачусетского технологического института основан исключительно на механическом разрушении слизистого барьера, его потенциально можно применить к более широкому набору лекарств.

«Некоторые химические усилители предпочтительно работают с определенными молекулами лекарств », — говорит он. «Использование механических методов введения потенциально может позволить увеличить абсорбцию большего количества лекарств».

Хотя капсула, используемая в этом исследовании, высвобождала свою полезную нагрузку в тонком кишечнике , ее также можно использовать для воздействия на желудок или толстую кишку путем изменения pH, при котором растворяется желатиновое покрытие. Исследователи также планируют изучить возможность доставки других белковых препаратов, таких как агонист рецептора GLP1, который иногда используется для лечения диабета 2 типа. Капсулы также могут быть использованы для местного применения лекарственных средств для лечения язвенного колита и других воспалительных состояний за счет максимизации локальной концентрации лекарств в тканях для лечения воспаления.