Type I-diabetespatiënten injecteren doorgaans meerdere keren per dag insuline, een pijnlijk proces dat de kwaliteit van leven vermindert. Injecteerbare medicijnen worden ook geassocieerd met niet-naleving, wat kan leiden tot complicaties op de lange termijn voor patiënten met een chronische ziekte en tot dramatische stijgingen van de kosten van de gezondheidszorg.

Dus, wat artsen ervan weerhoudt om een ​​veel eenvoudigere oplossing voor te schrijven, zoals een insulinepil? Onze eigen spijsverteringssystemen zijn de schuldige, want in dit geval ze functioneren te goed voor hun eigen bestwil.

"Ons lichaam ziet alle eiwitten die we als voedsel binnenkrijgen, zelfs als dit een therapeutisch eiwitgeneesmiddel is zoals insuline. Eiwitten die de maag binnenkomen, worden verteerd tot individuele aminozuren en verliezen elke beoogde therapeutische functie, " legt Katie Whitehead uit, assistent-professor chemische technologie aan de Carnegie Mellon University.

Zelfs als het medicijn op de een of andere manier de reis naar de dunne darm kon maken zonder te worden verteerd, ons lichaam zou het nog steeds niet kunnen opnemen. Geneesmiddelen met grote eiwitten dringen niet door de darmwand, wat betekent dat het voor het medicijn onmogelijk is om in de bloedbaan te komen en in het lichaam te gaan werken.

Whitehead zag deze uitdaging voor het toedienen van medicijnen als een kans om de krachten te bundelen met collega Alan Russell, hoogleraar en directeur van het Disruptive Health Technology Institute. Met Whitehead's achtergrond in medicijnafgiftesystemen en Russell's expertise in op polymeren gebaseerde eiwittechnologie, het team ontwikkelde een nieuwe oplossing. Hun onderzoek is onlangs gepubliceerd in The Journal of Controlled Release .

Met behulp van een techniek genaamd Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP) (die in Carnegie Mellon werd ontwikkeld door scheikundeprofessor Krzysztof Matyjaszewski), het team creëerde een verpakt eiwit dat verteringsachtige omstandigheden overleeft en gemakkelijk door de darmbarrière wordt getransporteerd in een celcultuurmodel. Het eiwit dat in deze studie werd gebruikt, diende als model voor therapeutische geneesmiddelen zoals insuline.

Met ATRP kon Russell een polymeer aan het modeleiwit hechten. Eenmaal bevestigd, dit polymeer fungeerde als een schild tegen spijsverteringsenzymen in de maag.

"Ons team had een polymeer ontwikkeld dat zeer stabiel was, genoeg om te overleven in zoutzuur, ", zegt Russell. "We hadden er vertrouwen in dat we dit polymeer konden gebruiken om het modeleiwit tegen de maag te beschermen, maar de tweede uitdaging bleef om het modeleiwit selectief door de darmwand te verplaatsen."

Om deze uitdaging aan te gaan, Whitehead identificeerde een chemische structuur genaamd fenylpiperazine die de doorlaatbaarheid van de darm verhoogt. Door het eiwit te omringen in een polymeer gemaakt van fenylpiperazine, het modeleiwit passeerde gemakkelijk darmcelbarrières. Opmerkelijk, het onderzoeksteam verhoogde het transport van het modeleiwit zonder het transport van andere schadelijke verbindingen te vergroten, zoals afvalproducten, over de darm.

"We zijn enthousiast over dit onderzoek omdat we hebben aangetoond dat polymeerconjugatie kan worden gebruikt om orale eiwitafgifte te bereiken. Deze bevindingen geven aanleiding tot veel meer vragen die we graag willen aanpakken, zoals hoe de polymeerstructuur en architectuur het leveringsproces beïnvloeden en of deze resultaten zich vertalen in vivo , ' zegt Withoofd.

Dit project wordt door de onderzoekers beschouwd als een belangrijke inleidende stap in hun onderzoek naar de ontwikkeling van orale toedieningssystemen voor geneesmiddelen die klinisch kunnen worden getest en gebruikt.