Fremtidens piller:Forskere udvikler en måde, hvorpå de med succes kan give nanopartikelterapi oralt

Lægemidler leveret af nanopartikler lover målrettet behandling af mange sygdomme, herunder kræft. Imidlertid, partiklerne skal sprøjtes ind i patienter, hvilket har begrænset deres anvendelighed indtil videre.

Nu, forskere fra MIT og Brigham and Women's Hospital (BWH) har udviklet en ny type nanopartikel, der kan leveres oralt og absorberes gennem fordøjelseskanalen, giver patienterne mulighed for blot at tage en pille i stedet for at få indsprøjtninger.

I et papir, der vises i online-udgaven den 27. november af Videnskab translationel medicin , forskerne brugte partiklerne til at demonstrere oral levering af insulin i mus, men de siger, at partiklerne kunne bruges til at bære enhver form for medicin, der kan indkapsles i en nanopartikel. De nye nanopartikler er belagt med antistoffer, der fungerer som en nøgle til at låse op for receptorer, der findes på overfladen af ​​celler, der beklæder tarmen, lader nanopartiklerne bryde igennem tarmvæggene og komme ind i blodbanen.

Denne type lægemiddellevering kan være særlig nyttig til at udvikle nye behandlinger for tilstande som forhøjet kolesterol eller gigt. Patienter med disse sygdomme ville være meget mere tilbøjelige til at tage piller regelmæssigt end at komme på hyppige besøg på en læges kontor for at modtage nanopartikelinjektioner, siger forskerne.

"Hvis du var patient, og du havde et valg, Der er bare ingen tvivl:Patienter vil altid foretrække medicin, de kan tage oralt, " siger Robert Langer, David H. Koch Institute Professor ved MIT, medlem af MIT's Koch Institute for Integrative Cancer Research, og en forfatter til Videnskab translationel medicin papir.

Hovedforfatterne af papiret er tidligere MIT-studerende Eric Pridgen og tidligere BWH postdoc Frank Alexis, og seniorforfatteren er Omid Farokhzad, direktør for Laboratoriet for Nanomedicin og Biomaterialer ved BWH. Andre forfattere er Timothy Kuo, en gastroenterolog ved BWH; Etgar Levy-Nissenbaum, en tidligere BWH postdoc; Rohit Karnik, en MIT lektor i maskinteknik; og Richard Blumberg, meddirektør for BWH's Biomedicinske Forskningsinstitut.

Ikke flere injektioner

Flere typer nanopartikler, der bærer kemoterapimedicin eller kort interfererende RNA, som kan slå udvalgte gener fra, er nu i kliniske forsøg til behandling af kræft og andre sygdomme. Disse partikler udnytter det faktum, at tumorer og andet sygt væv er omgivet af utætte blodkar. Efter at partiklerne er intravenøst ​​injiceret i patienter, de siver gennem de utætte kar og frigiver deres nyttelast på tumorstedet.

For at nanopartikler skal indtages oralt, de skal være i stand til at komme igennem tarmslimhinden, som er lavet af et lag af epitelceller, der går sammen og danner uigennemtrængelige barrierer kaldet tight junctions.

"Nøgleudfordringen er, hvordan man får en nanopartikel til at komme igennem denne barriere af celler. Når celler ønsker at danne en barriere, de laver disse vedhæftninger fra celle til celle, analogt med en murstensvæg, hvor murstenene er cellerne og mørtlen er vedhæftningen, og intet kan trænge igennem den mur, " siger Farokhzad.

Forskere har tidligere forsøgt at bryde igennem denne mur ved midlertidigt at forstyrre de tætte kryds, lader stoffer komme igennem. Imidlertid, denne tilgang kan have uønskede bivirkninger, fordi når barriererne brydes, skadelige bakterier kan også trænge igennem.

At bygge nanopartikler, der selektivt kan bryde igennem barrieren, forskerne udnyttede tidligere arbejde, der afslørede, hvordan babyer absorberer antistoffer fra deres modermælk, at styrke deres eget immunforsvar. Disse antistoffer griber ind i en celleoverfladereceptor kaldet FcRN, give dem adgang gennem cellerne i tarmslimhinden til tilstødende blodkar.

Forskerne har belagt deres nanopartikler med Fc-proteiner - den del af antistoffet, der binder til FcRN-receptoren, som også findes i voksne tarmceller. Nanopartiklerne, lavet af en biokompatibel polymer kaldet PLA-PEG, kan bære en stor medikamentlast, såsom insulin, i deres kerne.

Efter at partiklerne er indtaget, Fc-proteinerne griber fat i FcRN i tarmslimhinden og kommer ind, at bringe hele nanopartiklerne med sig.

"It illustrates a very general concept where we can use these receptors to traffic nanoparticles that could contain pretty much anything. Any molecule that has difficulty crossing the barrier could be loaded in the nanoparticle and trafficked across, " Karnik says.

Breaking through barriers

I dette studie, the researchers demonstrated oral delivery of insulin in mice. Nanoparticles coated with Fc proteins reached the bloodstream 11-fold more efficiently than equivalent nanoparticles without the coating. Desuden, the amount of insulin delivered was large enough to lower the mice's blood sugar levels.

The researchers now hope to apply the same principles to designing nanoparticles that can cross other barriers, such as the blood-brain barrier, which prevents many drugs from reaching the brain.

"If you can penetrate the mucosa in the intestine, maybe next you can penetrate the mucosa in the lungs, maybe the blood-brain barrier, maybe the placental barrier, " Farokhzad says.

They are also working on optimizing drug release from the nanoparticles in preparation for further animal tests, either with insulin or other drugs.