Robotisk kapsel udviklet til at levere medicin til tarmen

En af grundene til, at det er så vanskeligt at levere store proteinlægemidler oralt, er, at disse lægemidler ikke kan passere gennem slimbarrieren, der beklæder fordøjelseskanalen. Det betyder, at insulin og de fleste andre "biologiske lægemidler" - lægemidler bestående af proteiner eller nukleinsyrer - skal injiceres eller administreres på et hospital.

En ny lægemiddelkapsel udviklet på MIT kan måske en dag erstatte disse injektioner. Kapslen har en robothætte, der snurrer og går gennem slimbarrieren, når den når tyndtarmen, hvilket tillader lægemidler, der bæres af kapslen, at passere ind i celler, der beklæder tarmen.

"Ved at fortrænge slimet kan vi maksimere spredningen af ​​lægemidlet i et lokalt område og forbedre absorptionen af ​​både små molekyler og makromolekyler," siger Giovanni Traverso, Karl van Tassel karriereudviklingsassistent professor i maskinteknik ved MIT og gastroenterolog. på Brigham and Women's Hospital.

I en undersøgelse, der vises i dag i Science Robotics , viste forskerne, at de kunne bruge denne tilgang til at levere insulin såvel som vancomycin, et antibiotisk peptid, som i øjeblikket skal injiceres.

Shriya Srinivasan, en forskningspartner ved MIT's Koch Institute for Integrative Cancer Research og en junior fellow ved Society of Fellows ved Harvard University, er hovedforfatter af undersøgelsen.

Tunnel gennem

I flere år har Traversos laboratorium udviklet strategier til at levere proteinlægemidler såsom insulin oralt. Dette er en vanskelig opgave, fordi proteinlægemidler har en tendens til at blive nedbrudt i sure omgivelser i fordøjelseskanalen, og de har også svært ved at trænge ind i slimbarrieren, der beklæder kanalen.

For at overvinde disse forhindringer kom Srinivasan på ideen om at skabe en beskyttende kapsel, der inkluderer en mekanisme, der kan tunnelere gennem slim, ligesom tunnelboremaskiner borer i jord og sten.

"Jeg tænkte, at hvis vi kunne tunnelere gennem slimet, så kunne vi deponere stoffet direkte på epitelet," siger hun. "Ideen er, at du ville indtage denne kapsel, og det ydre lag ville opløses i fordøjelseskanalen og blotlægge alle disse funktioner, der begynder at vælte gennem slimet og rense det."

"RoboCap"-kapslen, som er omtrent på størrelse med et multivitamin, bærer sin lægemiddellast i et lille reservoir i den ene ende og bærer tunnelegenskaberne i sin hoveddel og overflade. Kapslen er belagt med gelatine, der kan indstilles til at opløses ved en bestemt pH.

Når belægningen opløses, udløser ændringen i pH en lille motor inde i RoboCap-kapslen til at begynde at rotere. Denne bevægelse hjælper kapslen til at tunnelere ind i slimet og fortrænge det. Kapslen er også belagt med små nitter, der børster slim væk, svarende til virkningen af ​​en tandbørste.

Den roterende bevægelse hjælper også med at erodere det rum, der bærer lægemidlet, som gradvist frigives til fordøjelseskanalen.

"Hvad RoboCap gør, er forbigående at forskyde den indledende slimbarriere og derefter øge absorptionen ved at maksimere spredningen af ​​lægemidlet lokalt," siger Traverso. "Ved at kombinere alle disse elementer maksimerer vi virkelig vores kapacitet til at give den optimale situation for, at lægemidlet kan absorberes."

Forbedret levering

I dyreforsøg brugte forskerne denne kapsel til at levere enten insulin eller vancomycin, et stort peptidantibiotikum, der bruges til at behandle en bred vifte af infektioner, herunder hudinfektioner såvel som infektioner, der påvirker ortopædiske implantater. Med kapslen fandt forskerne ud af, at de kunne levere 20 til 40 gange mere medicin end en lignende kapsel uden tunnelmekanismen.

Når lægemidlet er frigivet fra kapslen, passerer kapslen selv gennem fordøjelseskanalen. Forskerne fandt ingen tegn på betændelse eller irritation i fordøjelseskanalen efter kapslen passerede igennem, og de observerede også, at slimlaget reformeres inden for få timer efter at være blevet fortrængt af kapslen.

En anden tilgang, som nogle forskere har brugt til at forbedre oral levering af lægemidler, er at give dem sammen med yderligere lægemidler, der hjælper dem med at krydse gennem tarmvævet. Disse forstærkere virker dog ofte kun med visse lægemidler. Fordi MIT-teamets nye tilgang udelukkende er afhængig af mekaniske forstyrrelser af slimbarrieren, kan den potentielt anvendes på et bredere sæt lægemidler, siger Traverso.

"Nogle af de kemiske forstærkere arbejder fortrinsvis med visse lægemiddelmolekyler," siger han. "Brug af mekaniske indgivelsesmetoder kan potentielt gøre det muligt for flere lægemidler at få øget absorption."

Mens kapslen, der blev brugt i denne undersøgelse, frigav sin nyttelast i tyndtarmen, kunne den også bruges til at målrette maven eller tyktarmen ved at ændre pH-værdien, ved hvilken gelatinebelægningen opløses. Forskerne planlægger også at undersøge muligheden for at levere andre proteinlægemidler såsom GLP1-receptoragonist, som nogle gange bruges til at behandle type 2-diabetes. Kapslerne kunne også bruges til at levere topiske lægemidler til behandling af colitis ulcerosa og andre inflammatoriske tilstande ved at maksimere den lokale koncentration af lægemidlerne i vævet for at hjælpe med at behandle inflammationen. + Udforsk yderligere

Ny kapsel kan oralt afgive lægemidler, der normalt skal injiceres