Una capsula che attraversa il muco nel tratto gastrointestinale potrebbe essere utilizzata per somministrare per via orale grandi farmaci proteici come l'insulina.

Uno dei motivi per cui è così difficile somministrare per via orale grandi farmaci proteici è che questi farmaci non possono passare attraverso la barriera del muco che riveste il tratto digestivo. Ciò significa che l'insulina e la maggior parte degli altri "farmaci biologici" - farmaci costituiti da proteine ​​o acidi nucleici - devono essere iniettati o somministrati in ospedale. 

Una nuova capsula di farmaci sviluppata al MIT potrebbe un giorno essere in grado di sostituire quelle iniezioni. La capsula ha un cappuccio robotico che ruota e si incanala attraverso la barriera del muco quando raggiunge l'intestino tenue, consentendo ai farmaci trasportati dalla capsula di passare nelle cellule che rivestono l'intestino.

"Spostando il muco, possiamo massimizzare la dispersione del farmaco all'interno di un'area locale e migliorare l'assorbimento sia di piccole molecole che di macromolecole", afferma Giovanni Traverso, Karl van Tassel Career Development Assistant Professor of Mechanical Engineering al MIT e gastroenterologo al Brigham and Women's Hospital.

In uno studio apparso oggi su Science Robotics , i ricercatori hanno dimostrato che potrebbero utilizzare questo approccio per fornire insulina e vancomicina, un peptide antibiotico che attualmente deve essere iniettato.

Shriya Srinivasan, ricercatrice affiliata al Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT e junior fellow presso la Society of Fellows dell'Università di Harvard, è l'autore principale dello studio.

Tunnel attraverso

Per diversi anni, il laboratorio di Traverso ha sviluppato strategie per somministrare per via orale farmaci proteici come l'insulina. Questo è un compito difficile perché i farmaci proteici tendono a essere scomposti nell'ambiente acido del tubo digerente e hanno anche difficoltà a penetrare nella barriera del muco che riveste il tratto.

Per superare questi ostacoli, Srinivasan ha avuto l'idea di creare una capsula protettiva che includa un meccanismo in grado di scavare attraverso il muco, proprio come le macchine perforatrici di tunnel scavano nel terreno e nella roccia.

"Pensavo che se potessimo scavare nel muco, allora potremmo depositare il farmaco direttamente sull'epitelio", dice. "L'idea è che avresti ingerito questa capsula e lo strato esterno si dissolverebbe nel tratto digestivo, esponendo tutte queste caratteristiche che iniziano a agitarsi attraverso il muco e a liberarlo".

La capsula "RoboCap", che ha all'incirca le dimensioni di un multivitaminico, trasporta il suo carico utile di farmaci in un piccolo serbatoio a un'estremità e porta le caratteristiche di tunneling nel suo corpo principale e nella sua superficie. La capsula è ricoperta di gelatina che può essere regolata per dissolversi a un pH specifico.

Quando il rivestimento si dissolve, il cambiamento di pH attiva un minuscolo motore all'interno della capsula RoboCap per iniziare a girare. Questo movimento aiuta la capsula a penetrare nel muco e a spostarlo. La capsula è anche ricoperta di piccole borchie che allontanano il muco, simile all'azione di uno spazzolino da denti.

Il movimento rotatorio aiuta anche a erodere il compartimento che trasporta il farmaco, che viene gradualmente rilasciato nel tubo digerente.

"Quello che fa il RoboCap è spostare transitoriamente la barriera del muco iniziale e quindi migliorare l'assorbimento massimizzando la dispersione del farmaco a livello locale", afferma Traverso. "Combinando tutti questi elementi, stiamo davvero massimizzando la nostra capacità di fornire la situazione ottimale per l'assorbimento del farmaco".

Consegna migliorata

Nei test sugli animali, i ricercatori hanno utilizzato questa capsula per somministrare insulina o vancomicina, un grande antibiotico peptidico utilizzato per trattare un'ampia gamma di infezioni, comprese le infezioni della pelle e le infezioni che colpiscono gli impianti ortopedici. Con la capsula, i ricercatori hanno scoperto che potrebbero fornire da 20 a 40 volte più farmaco rispetto a una capsula simile senza il meccanismo di tunneling.

Una volta che il farmaco viene rilasciato dalla capsula, la capsula stessa passa da sola attraverso il tubo digerente. I ricercatori non hanno riscontrato alcun segno di infiammazione o irritazione nel tratto digestivo dopo il passaggio della capsula e hanno anche osservato che lo strato di muco si riforma entro poche ore dopo essere stato spostato dalla capsula.

Un altro approccio che alcuni ricercatori hanno utilizzato per migliorare la somministrazione orale di farmaci è quello di somministrarli insieme a farmaci aggiuntivi che li aiutano ad attraversare il tessuto intestinale. Tuttavia, questi potenziatori spesso funzionano solo con determinati farmaci. Poiché il nuovo approccio del team del MIT si basa esclusivamente su interruzioni meccaniche della barriera del muco, potrebbe essere potenzialmente applicato a una serie più ampia di farmaci, afferma Traverso.

"Alcuni dei potenziatori chimici funzionano preferenzialmente con alcune molecole di farmaci", dice. "L'uso di metodi meccanici di somministrazione può potenzialmente consentire a più farmaci di avere un migliore assorbimento".

Sebbene la capsula utilizzata in questo studio abbia rilasciato il suo carico utile nell'intestino tenue, potrebbe anche essere utilizzata per colpire lo stomaco o il colon modificando il pH a cui si dissolve il rivestimento di gelatina. I ricercatori hanno anche in programma di esplorare la possibilità di fornire altri farmaci proteici come l'agonista del recettore GLP1, che a volte è usato per trattare il diabete di tipo 2. Le capsule potrebbero anche essere utilizzate per somministrare farmaci topici per trattare la colite ulcerosa e altre condizioni infiammatorie massimizzando la concentrazione locale dei farmaci nel tessuto per aiutare a trattare l'infiammazione.

La ricerca è stata finanziata, in parte, dal National Institutes of Health e dal Dipartimento di ingegneria meccanica del MIT.

Altri autori dell'articolo includono Amro Alshareef, Alexandria Hwang, Ziliang Kang, Johannes Kuosmanen, Keiko Ishida, Joshua Jenkins, Sabrina Liu, Wiam Abdalla Mohammed Madani, Jochen Lennerz, Alison Hayward, Josh Morimoto, Nina Fitzgerald e Robert Langer.

Riferimento del giornale :

1. Shriya S. Srinivasan, Amro Alshareef, Alexandria V. Hwang, Ziliang Kang, Johannes Kuosmanen, Keiko Ishida, Joshua Jenkins, Sabrina Liu, Wiam Abdalla Mohammed Madani, Jochen Lennerz, Alison Hayward, Josh Morimoto, Nina Fitzgerald, Robert Langer, Giovanni Traverso . RoboCap: Capsula robotica per la pulizia del muco per una migliore somministrazione di farmaci nel tratto gastrointestinale . Scienza Robotica , 2022; 7 (70) DOI: 10.1126/scirobotics.abp9066