Een reden dat het zo moeilijk is om grote eiwitgeneesmiddelen oraal toe te dienen, is dat deze medicijnen niet door de slijmbarrière kunnen gaan die het spijsverteringskanaal bekleedt. Dit betekent dat insuline en de meeste andere 'biologische medicijnen' - medicijnen die uit eiwitten of nucleïnezuren bestaan ​​- in een ziekenhuis moeten worden geïnjecteerd of toegediend.

Een nieuwe medicijncapsule die aan het MIT is ontwikkeld, kan op een dag die injecties vervangen. De capsule heeft een robotkap die ronddraait en tunnelt door de slijmbarrière wanneer deze de dunne darm bereikt, waardoor medicijnen die door de capsule worden gedragen, in de cellen van de darm terecht kunnen komen.

"Door het slijm te verplaatsen, kunnen we de verspreiding van het medicijn binnen een lokaal gebied maximaliseren en de absorptie van zowel kleine moleculen als macromoleculen verbeteren", zegt Giovanni Traverso, de Karl van Tassel Career Development Assistant Professor of Mechanical Engineering aan het MIT en een gastro-enteroloog in het Brigham and Women's Hospital.

In een onderzoek dat vandaag verschijnt in Science Robotics , hebben de onderzoekers aangetoond dat ze deze aanpak kunnen gebruiken om zowel insuline als vancomycine toe te dienen, een antibioticumpeptide dat momenteel moet worden geïnjecteerd.

Shriya Srinivasan, een onderzoeksfiliaal bij MIT's Koch Institute for Integrative Cancer Research en een junior fellow bij de Society of Fellows aan de Harvard University, is de hoofdauteur van het onderzoek.

Tunneling door

Sinds enkele jaren ontwikkelt het laboratorium van Traverso strategieën om eiwitgeneesmiddelen zoals insuline oraal toe te dienen. Dit is een moeilijke taak omdat eiwitgeneesmiddelen de neiging hebben om afgebroken te worden in een zure omgeving van het spijsverteringskanaal, en ze hebben ook moeite om de slijmbarrière die het kanaal bekleedt binnen te dringen.

Om die obstakels te overwinnen, kwam Srinivasan op het idee om een ​​beschermende capsule te maken met een mechanisme dat door slijm kan tunnelen, net zoals tunnelboormachines in grond en steen boren.

"Ik dacht dat als we door het slijm konden tunnelen, we het medicijn direct op het epitheel konden deponeren", zegt ze. "Het idee is dat je deze capsule zou inslikken en de buitenste laag zou oplossen in het spijsverteringskanaal, waardoor al deze functies zichtbaar worden die door het slijm beginnen te karnen en het opruimen."

De "RoboCap"-capsule, die ongeveer zo groot is als een multivitamine, draagt ​​de nuttige lading van het medicijn in een klein reservoir aan het ene uiteinde en draagt ​​de tunnelvormende eigenschappen in het hoofdgedeelte en het oppervlak. De capsule is gecoat met gelatine die kan worden afgestemd om op te lossen bij een specifieke pH.

Wanneer de coating oplost, zorgt de verandering in pH ervoor dat een kleine motor in de RoboCap-capsule begint te draaien. Deze beweging helpt de capsule in het slijm te tunnelen en het te verplaatsen. De capsule is ook bedekt met kleine noppen die slijm wegvegen, vergelijkbaar met de werking van een tandenborstel.

De draaiende beweging helpt ook om het compartiment dat het medicijn draagt, te eroderen, dat geleidelijk in het spijsverteringskanaal wordt afgegeven.

"Wat de RoboCap doet, is de aanvankelijke slijmbarrière tijdelijk verplaatsen en vervolgens de absorptie verbeteren door de verspreiding van het medicijn lokaal te maximaliseren", zegt Traverso. "Door al deze elementen te combineren, maximaliseren we echt onze capaciteit om de optimale situatie te bieden voor de opname van het medicijn."

Verbeterde weergave

Bij dierproeven gebruikten de onderzoekers deze capsule om insuline of vancomycine af te geven, een groot peptide-antibioticum dat wordt gebruikt voor de behandeling van een breed scala aan infecties, waaronder huidinfecties en infecties die orthopedische implantaten aantasten. Met de capsule ontdekten de onderzoekers dat ze 20 tot 40 keer meer medicijn konden afgeven dan een vergelijkbare capsule zonder het tunnelmechanisme.

Zodra het medicijn uit de capsule is vrijgegeven, gaat de capsule zelf vanzelf door het spijsverteringskanaal. De onderzoekers vonden geen teken van ontsteking of irritatie in het spijsverteringskanaal nadat de capsule er doorheen was gegaan, en ze merkten ook op dat de slijmlaag zich binnen enkele uren na verplaatsing door de capsule hervormt.

Een andere benadering die sommige onderzoekers hebben gebruikt om de orale toediening van medicijnen te verbeteren, is om ze samen met aanvullende medicijnen te geven die hen helpen door het darmweefsel te gaan. Deze versterkers werken echter vaak alleen met bepaalde medicijnen. Omdat de nieuwe aanpak van het MIT-team uitsluitend gebaseerd is op mechanische verstoringen van de slijmbarrière, zou deze mogelijk kunnen worden toegepast op een bredere reeks medicijnen, zegt Traverso.

"Sommige van de chemische versterkers werken bij voorkeur met bepaalde medicijnmoleculen", zegt hij. "Het gebruik van mechanische toedieningsmethoden kan er mogelijk voor zorgen dat meer medicijnen een betere absorptie hebben."

Hoewel de capsule die in dit onderzoek werd gebruikt, zijn nuttige lading in de dunne darm afgaf, zou hij ook kunnen worden gebruikt om de maag of dikke darm aan te pakken door de pH te veranderen waarbij de gelatinecoating oplost. De onderzoekers zijn ook van plan om de mogelijkheid te onderzoeken om andere eiwitgeneesmiddelen toe te dienen, zoals de GLP1-receptoragonist, die soms wordt gebruikt om type 2-diabetes te behandelen. De capsules kunnen ook worden gebruikt om topische geneesmiddelen af ​​te geven voor de behandeling van colitis ulcerosa en andere ontstekingsaandoeningen door de lokale concentratie van de geneesmiddelen in het weefsel te maximaliseren om de ontsteking te helpen behandelen. + Verder verkennen

Nieuwe capsule kan oraal medicijnen afgeven die normaal gesproken moeten worden geïnjecteerd