Hydrogel-baserede kapsler kan udvide sig og opholde sig i mave-tarmkanalen i dagevis, langsomt frigiver medicin

Omkring halvdelen af ​​al medicin mod kroniske sygdomme tages ikke som foreskrevet, koster det amerikanske sundhedssystem mere end 100 milliarder dollars i undgåelige hospitalsophold hvert år.

Denne manglende overholdelse er endnu mere betydningsfuld i udviklingslandene, hvor sundhedsvæsenets budgetter er kronisk overbelastet, og patienter, der behandles for sygdomme som malaria, skal tage flere lægemidler med komplekse dosisregimer.

For at sikre, at patienterne får deres fulde behandlingsforløb, forskere ved MIT og Brigham and Women's Hospital har udviklet et nyt sæt medikamentleveringsmaterialer, som kan sidde i maven i op til ni dage, langsomt frigive deres dosis af medicin.

Materialerne, som forskerne beskriver i et papir offentliggjort i dag i tidsskriftet Naturkommunikation , er kendt som triggerable tough hydrogeler (TTH), ifølge Robert Langer, David H. Koch Institute Professor ved MIT og medlem af MIT's Koch Institute for Integrative Cancer Research.

"Et af de største problemer i sundhedsvæsenet er manglende overholdelse, folk tager simpelthen ikke deres stoffer, siger Langer, som er en af ​​avisens seniormedforfattere. "Vi har arbejdet med Bill og Melinda Gates Foundation om at udvikle ultra-langtidsholdbare kapsler, som kan vare i hele behandlingsforløbet, eller kan tages en gang om ugen eller en gang om måneden, afhængigt af enheden."

Udvikling af en kapsel, der ikke hurtigt passerer gennem kroppen, men kan i stedet opholde sig i mave-tarmkanalen (GI) i lange perioder, er ingen nem opgave, da ethvert materiale skal kunne modstå de betydelige trykkræfter i maven.

Enhver sådan enhed skal også være lille nok til at blive sluget komfortabelt, men stor nok til at undgå at blive ført ud af maven og ind i tarmene gennem et område kendt som pylorus, siger Giovanni Traverso, en forskningspartner ved Koch Instituttet, en gastroenterolog og biomedicinsk ingeniør ved Brigham and Women's Hospital, og avisens co-senior forfatter.

Hvad mere er, det skal være muligt at udløse enheden til selvdestruktion, i tilfælde af en allergisk reaktion på, eller uvelkomne bivirkninger fra, gelen eller lægemidlet, der afgives.

Til denne ende, forskerne begyndte at undersøge brugen af ​​hydrogeler, polymergeler, der har et højt vandindhold, giver dem kapacitet til at svulme, når de er hydreret.

Kapsler fremstillet af hydrogelen i en dehydreret tilstand kunne sluges af patienten; de ville så svulme op, når de kom ind i maven, for at forhindre dem i at passere gennem pylorus.

Imidlertid, hydrogeler, som typisk er dannet af et enkelt netværk af tværbundne polymerkæder, tendens til at være ret blød, og de har ikke styrken til at modstå trykkræfter.

Så forskerne brugte i stedet to sammenflettede polymernetværk, at bygge en stærkere, mere modstandsdygtigt materiale. "Der er to netværk. Det ene består af alginat, et materiale afledt af tang, og den anden er polyakrylamid, en meget anvendt polymer, " siger Traverso.

Tværbundet i disse sammenflettede netværk er to typer kemiske bindinger, som kan opløses efter behov ved hjælp af biokompatible triggerforbindelser.

Polyacrylamidnetværket er tværbundet med disulfidbindinger, som kan opløses ved hjælp af antioxidanten glutathion. Alginat netværket, i modsætning, er tværbundet med ionbindinger, som kan opløses med et kemikalie kendt som EDTA (ethylendiamintetraeddikesyre), som bruges som konserveringsmiddel i nogle fødevarer og som behandling for kviksølv- og blyforgiftning.

På denne måde hvis kapselanordningen skal fjernes fra maven i en fart, patienten kan simpelthen sluge modgiftforbindelserne, udløser materialet til at bryde fra hinanden og tillader det sikkert at passere gennem kroppen.

Da forskerne testede materialernes mekaniske styrke, de fandt ud af, at de var robuste nok til at modstå brud, selv under pres fra et barberblad.

De testede derefter enheder bygget af materialerne i store dyremodeller, hvor de fandt ud af, at de var i stand til at modstå kræfterne i maven i mere end syv dage, ifølge avisens hovedforfatter Jinyao Liu, en MIT postdoc.

Endelig, de testede enhedens potentiale som et lægemiddelleveringssystem, ved at fylde det med antimalaria lumefantrin. De valgte dette lægemiddel, da manglende overholdelse af medicin er et særligt problem i behandlingen af ​​tilfælde af malaria i udviklingslandene.

De fandt, at enheden var i stand til at frigive lumefantrinen på en kontrolleret måde, over en periode på dage.

Forskerne planlægger nu at udføre yderligere arbejde med hastigheden af ​​lægemiddelfrigivelse fra kapslerne, og at undersøge andre anvendelser for materialerne, såsom vægttabsintervention og vævsteknologi.