Polymerbelægninger et nøgletrin mod oral levering af proteinbaserede lægemidler

(Phys.org) – I en ny undersøgelse, en "bioadhæsiv" belægning udviklet ved Brown University forbedrede markant tarmens absorption i blodbanen af ​​nanopartikler, som en dag kunne bære proteinlægemidler såsom insulin. Et sådant trin er nødvendigt for lægemidler, der tages gennem munden, i stedet for at blive sprøjtet direkte ind i blodet.

For proteinbaserede lægemidler, såsom insulin, der skal tages oralt i stedet for injiceres, bioingeniører skal finde en måde at transportere dem sikkert gennem maven til tyndtarmen, hvor de kan optages og fordeles af blodbanen. Fremskridtet har været langsomt, men i en ny undersøgelse, forskere rapporterer om et vigtigt teknologisk fremskridt:De viser, at en "bioadhæsiv" belægning markant øgede tarmens optagelse af polymer-nanopartikler hos rotter, og at nanopartiklerne blev leveret til væv rundt om i kroppen på en måde, der potentielt kunne kontrolleres.

"Resultaterne af disse undersøgelser giver stærk støtte til brugen af ​​bioadhæsive polymerer til at øge nano- og mikropartikeloptagelsen fra tyndtarmen til oral medicinafgivelse, " skrev forskerne i Journal of Controlled Release , ledet af den tilsvarende forfatter Edith Mathiowitz, professor i lægevidenskab ved Brown University.

Mathiowitz, der underviser i Browns afdeling for molekylær farmakologi, Fysiologi, og bioteknologi, har arbejdet i mere end et årti på at udvikle bioadhæsive belægninger, der kan få nanopartikler til at klæbe til slimhinden i tarmen, så de bliver optaget i dens epitelceller og overført til blodbanen. Ideen er, at proteinbaseret medicin skal transporteres i nanopartiklerne.

I den nye undersøgelse, som udkom online 21. juni, Mathiowitz satte en af ​​hendes mest lovende belægninger, et kemikalie kaldet PBMAD, til test både på laboratoriebænken og i dyremodeller. Mathiowitz og hendes kolleger har ansøgt om et patent relateret til arbejdet, som ville blive tildelt Brown University.

I tidligere forsøg, Mathiowitz og hendes gruppe har ikke kun vist, at PBMAD har bioadhæsive egenskaber, men også at det tåler det sure miljø i maven og derefter opløses i tyndtarmens højere pH.

Overhold, absorbere, ankomme

De nyligt offentliggjorte resultater fokuserede på spørgsmålet om, hvor mange partikler, uanset om det er belagt med PBMAD eller ej, ville blive optaget af tarmen og fordelt til væv. For lettere sporing i hele kroppen, Mathiowitz' team brugte med vilje eksperimentelle og kontrolpartikler lavet af materialer, som kroppen ikke ville nedbryde. Fordi de var "ikke-eroderbare" bar partiklerne ingen medicin.

Forskerne brugte partikler på omkring 500 nanometer i diameter lavet af to forskellige materialer:polystyren, som klæber ret godt til tarmens slimhinde, og en anden plastik kaldet PMMA, det gør ikke. De coatede nogle af PMMA-partiklerne i PBMAD, for at se, om den bioadhæsive belægning kunne få PMMA-partikler til at klæbe mere pålideligt til tarmen og derefter blive absorberet.

Først holdet, herunder forfatterne Joshua Reineke fra Wayne State University og Daniel Cho fra Brown, udførte grundlæggende tests på bænken for at se, hvor godt hver slags partikler klæbede. De PBMAD-coatede partikler viste sig at have den stærkeste klæbrighed til tarmvæv, binder mere end dobbelt så stærkt som de ubelagte PMMA-partikler og omkring 1,5 gange så stærkt som polystyrenpartiklerne.

Hovedeksperimentet, imidlertid, involverede at sprøjte doser af de forskellige partikler ind i tarmene på rotter for at se, om de ville blive absorberet, og hvor de, der blev optaget, kunne findes fem timer senere. Nogle rotter fik en dosis af polystyrenpartiklerne, nogle fik den ubelagte PMMA og nogle fik de PBMAD-coatede PMMA-partikler.

Målinger viste, at rotterne absorberede 66,9 procent af de PBMAD-belagte partikler, 45,8 procent af polystyrenpartiklerne og kun 1,9 procent af de ubelagte PMMA-partikler.

I mellemtiden de forskellige partikler havde meget forskellige fordelingsprofiler rundt i kroppen. Mere end 80 procent af polystyrenpartiklerne, der blev absorberet, gik til leveren og yderligere 10 procent gik til nyrerne. PMMA-partiklerne, belagt eller ej, fundet vej til et meget bredere udvalg af væv, dog i forskellige fordelinger. For eksempel, de PBMAD-belagte partikler var meget mere tilbøjelige til at nå hjertet, mens de ubelagte var meget mere tilbøjelige til at nå hjernen.

Farmaceutisk potentiale

Den tilsyneladende kendsgerning, at de forskellige overfladeegenskaber af partikler af ens størrelse havde så distinkte fordelinger i rotternes væv efter den samme fem-timers periode, tyder på, at videnskabsmænd kunne lære at tune partikler til at nå bestemte dele af kroppen, hovedsagelig rettet mod doser af medicin indtaget oralt, sagde Mathiowitz.

"Fordelingen i kroppen kan på en eller anden måde styres med den type polymer, du bruger, " hun sagde.

For nu, hun og hendes gruppe har arbejdet hårdt på at bestemme biofysikken i, hvordan de PBMAD-belagte partikler optages af tarmene. Der skal også arbejdes mere, for eksempel at demonstrere faktisk levering af proteinbaseret medicin i tilstrækkelig mængde til væv, hvor de er nødvendige.

Men Mathiowitz sagde, at de nye resultater giver hende betydelig selvtillid.

"Det betyder nu, at hvis jeg belægger bioeroderbare nanopartikler korrekt, Jeg kan forbedre deres optagelse, " sagde hun. "Bioeroderbare nanopartikler er, hvad vi i sidste ende gerne vil bruge til at levere proteiner. Spørgsmålet, vi behandler i dette papir, er, hvor meget vi kan levere. De tal, vi så, gør målet mere gennemførligt."

En anden grænse for levering af nanopartikler er at udtænke en sikker metode til at fremstille nanopartikler, Mathiowitz sagde, men, "Vi har allerede udviklet sikre og reproducerbare metoder til at indkapsle proteiner i bittesmå nanopartikler uden at kompromittere deres biologiske aktivitet."