В надежде найти альтернативу этим инъекциям инженеры Массачусетского технологического института в сотрудничестве с учеными из Ново Нордиск разработали новую лекарственную капсулу, которая может содержать инсулин или другие белковые препараты и защищать их от агрессивной среды желудочно-кишечного тракта. Когда капсула достигает тонкого кишечника, она разрушается, обнажая растворимые микроиглы, которые прикрепляются к стенке кишечника и высвобождают лекарство для попадания в кровоток.
«Мы очень довольны последними результатами нового устройства для пероральной доставки, которое разработали члены нашей лаборатории вместе с нашими сотрудниками, и мы с нетерпением ждем возможности увидеть, как оно поможет людям с диабетом и другим людям в будущем», – говорит Роберт Лангер, исследователь Дэвида Х. Профессор Института Коха в Массачусетском технологическом институте и член Института Коха интегративных исследований рака.
В ходе испытаний на свиньях исследователи показали, что эта капсула может загружать количество инсулина, сравнимое с количеством инсулина, вводимым при инъекции, обеспечивая быстрое проникновение в кровоток после того, как микроиглы были выпущены.
Лангер и Джованни Траверсо, доцент кафедры машиностроения Массачусетского технологического института и гастроэнтеролог в Бригаме и женской больнице, являются старшими авторами исследования, которое сегодня публикуется в журнале Nature Medicine. Ведущими авторами статьи являются недавний стипендиат Массачусетского технологического института Алекс Абрамсон и бывший постдок Массачусетского технологического института Эстер Каффарел-Сальвадор.
Доставка микроигл
Лангер и Траверсо ранее разработали несколько новых стратегий пероральной доставки лекарств, которые обычно необходимо вводить инъекционно. Эти усилия включают пилюлю, покрытую множеством крошечных игл, а также звездообразные структуры, которые разворачиваются и могут оставаться в желудке от нескольких дней до недель во время высвобождения лекарств.
«Большая часть этой работы продиктована признанием того факта, что и пациенты, и медицинские работники предпочитают пероральный способ введения, а не инъекционный», – говорит Траверсо.
Ранее в этом году они разработали капсулу размером с чернику, содержащую небольшую иглу из сжатого инсулина. Достигнув желудка, игла вводит препарат в слизистую оболочку желудка.
В новом исследовании исследователи намеревались разработать капсулу, которая могла бы вводить ее содержимое в стенку тонкой кишки.
По словам Траверсо, большинство лекарств всасывается через тонкий кишечник, отчасти из-за его чрезвычайно большой площади поверхности – 250 квадратных метров, или размером с теннисный корт.
Также Траверсо отметил, что в этой части тела отсутствуют болевые рецепторы, что потенциально делает возможным безболезненные микроинъекции в тонкий кишечник для доставки таких лекарств, как инсулин.
Чтобы капсула достигла тонкого кишечника и могла выполнить эти микроинъекции, исследователи покрыли ее полимером, который может выдерживать кислую среду желудка, имеющую pH 1.5 к 3.5.
Когда капсула достигает тонкой кишки, более высокий уровень pH (около 6) вызывает ее разрушение, и три сложенных руки внутри пружины капсулы открываются.
На каждой руке есть участки с микроиглами длиной 1 миллиметр, которые могут переносить инсулин или другие лекарства.
Когда руки раскрываются, сила их освобождения позволяет крошечным микроиглам просто проникать в самый верхний слой ткани тонкой кишки. После введения иглы растворяются и высвобождают лекарство.
«Мы провели многочисленные испытания на безопасность тканей животных и человека, чтобы убедиться, что событие проникновения позволило доставить лекарство, не вызывая перфорации на всю толщину или каких-либо других серьезных побочных эффектов», – говорит Абрамсон.
Чтобы снизить риск закупорки кишечника, исследователи сконструировали руки так, чтобы они ломались после наложения пластырей с микроиглами.
Демонстрация инсулина
В ходе испытаний на свиньях исследователи показали, что 30-миллиметровые капсулы могут эффективно доставлять дозы инсулина и вызывать немедленную реакцию снижения уровня глюкозы в крови. Они также показали, что после наложения пластырей с микроиглами не образовывались закупорки в кишечнике и руках.
«Мы сконструировали руки так, чтобы они сохраняли достаточную прочность для доставки микроигл инсулина к стенке тонкой кишки, но при этом растворялись в течение нескольких часов, чтобы предотвратить обструкцию желудочно-кишечного тракта», – говорит Каффарель-Сальвадор.
Хотя исследователи использовали инсулин для демонстрации новой системы, они считают, что его также можно использовать для доставки других белковых препаратов, таких как гормоны, ферменты или антитела, а также препаратов на основе РНК.
«Мы можем доставлять инсулин, но мы видим приложения для многих других терапевтических средств и, возможно, вакцин», – говорит Траверсо. "Мы очень тесно сотрудничаем с нашими сотрудниками, чтобы определить следующие шаги и приложения, в которых мы можем оказать наибольшее влияние."
Исследование финансировалось Ново Нордиск и Национальными институтами здравоохранения. Среди других авторов статьи – Вэнс Соарес, Даниэль Минахан, Райан Ю Тиан, Сяоя Лу, Дэвид Деллал, Юань Гао, Соён Ким, Джейкоб Уэйнер, Джой Коллинз, Сиддарта Таманг, Элисон Хейворд, Тадаюки Ёситаке, Сян-Чие Ли, Джеймс Фудзимото. , Йоханнес Фельс, Мортен Ревсгаард Фредериксен, Ульрик Рахбек и Никлас Рокшед.