En lettere recept

Type I-diabetespatienter injicerer typisk insulin flere gange om dagen, en smertefuld proces, der reducerer livskvaliteten. Injicerbare medicin er også forbundet med manglende overholdelse, hvilket kan resultere i langsigtede komplikationer for patienter med kronisk sygdom og dramatiske stigninger i sundhedsudgifterne.

Så, hvad der holder læger tilbage fra at ordinere en langt enklere løsning, som en insulinpille? Vores egne fordøjelsessystemer har skylden - fordi i dette tilfælde, de fungerer for godt til deres eget bedste.

"Vores kroppe ser alle proteiner, som vi indtager som mad, selvom dette er et terapeutisk proteinlægemiddel som insulin. Proteiner, der kommer ind i maven, fordøjes til individuelle aminosyrer og mister enhver tilsigtet terapeutisk funktion, " forklarer Katie Whitehead, assisterende professor i kemiteknik ved Carnegie Mellon University.

Selvom stoffet på en eller anden måde var i stand til at tage turen til tyndtarmen uden at blive fordøjet, vores krop ville stadig ikke være i stand til at absorbere det. Store proteinstoffer trænger ikke ind i tarmslimhinden, hvilket betyder, at det er umuligt for stoffet at bevæge sig ind i blodbanen og begynde at virke i kroppen.

Whitehead så denne medicinleveringsudfordring som en mulighed for at gå sammen med kollegaen Alan Russell, professor og direktør for Disruptive Health Technology Institute. Med Whiteheads baggrund i lægemiddelleveringssystemer og Russells ekspertise inden for polymerbaseret proteinteknologi, teamet udviklede en ny løsning. Deres forskning blev for nylig offentliggjort i Journal of Controlled Release .

Ved hjælp af en teknik kaldet Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP) (som blev udviklet på Carnegie Mellon af kemiprofessor Krzysztof Matyjaszewski), holdet skabte et pakket protein, der overlever fordøjelseslignende forhold og let transporteres hen over tarmbarrieren i en cellekulturmodel. Proteinet brugt i denne undersøgelse tjente som model for terapeutiske lægemidler såsom insulin.

ATRP tillod Russell at binde en polymer til modelproteinet. Når først er vedhæftet, denne polymer fungerede som et skjold mod fordøjelsesenzymer i maven.

"Vores team havde udviklet en polymer, der var meget stabil, nok til at det ville overleve i saltsyre, " siger Russell. "Vi følte os sikre på, at vi kunne bruge denne polymer til at beskytte modelproteinet mod maven, men den anden udfordring forblev med selektivt at flytte modelproteinet gennem tarmvæggen."

For at tackle denne udfordring, Whitehead identificerede en kemisk struktur kaldet phenylpiperazin, der øger permeabiliteten af ​​tarmen. Ved at omgive proteinet i en polymer fremstillet af phenylpiperazin, modelproteinet passerede let på tværs af tarmcellebarrierer. Især forskerholdet øgede transporten af ​​modelproteinet uden at øge transporten af ​​andre skadelige forbindelser, såsom affaldsprodukter, på tværs af tarmen.

"Vi er begejstrede for denne forskning, fordi vi har vist, at polymerkonjugation kan bruges til at opnå oral proteinlevering. Disse resultater giver anledning til mange flere spørgsmål, som vi ser frem til at tage fat på, såsom hvordan polymerstrukturen og arkitekturen påvirker leveringsprocessen, samt om disse resultater oversættes in vivo , " siger Whitehead.

Dette projekt menes af forskerne at være et vigtigt indledende skridt i deres forskning hen imod udvikling af orale lægemiddelleveringssystemer, der kan testes og bruges klinisk.