(Phys.org) —In een nieuwe studie, een "bioadhesieve" coating ontwikkeld aan de Brown University verbeterde de intestinale absorptie in de bloedbaan van nanodeeltjes die op een dag eiwitgeneesmiddelen zoals insuline zouden kunnen dragen, aanzienlijk. Zo'n stap is nodig voor oraal ingenomen medicijnen, in plaats van rechtstreeks in het bloed te worden geïnjecteerd.

Voor op eiwit gebaseerde geneesmiddelen zoals insuline die oraal moeten worden ingenomen in plaats van geïnjecteerd, bio-ingenieurs moeten een manier vinden om ze veilig door de maag naar de dunne darm te brengen, waar ze kunnen worden opgenomen en gedistribueerd door de bloedbaan. De vooruitgang is traag, maar in een nieuwe studie, onderzoekers rapporteren een belangrijke technologische vooruitgang:ze laten zien dat een "bioadhesieve" coating de intestinale opname van polymere nanodeeltjes bij ratten aanzienlijk verhoogde en dat de nanodeeltjes werden afgeleverd aan weefsels rond het lichaam op een manier die mogelijk kon worden gecontroleerd.

"De resultaten van deze onderzoeken bieden sterke ondersteuning voor het gebruik van bioadhesieve polymeren om de opname van nano- en microdeeltjes uit de dunne darm voor orale toediening van geneesmiddelen te verbeteren, " schreven de onderzoekers in de Tijdschrift voor gecontroleerde afgifte , onder leiding van corresponderend auteur Edith Mathiowitz, hoogleraar medische wetenschappen aan de Brown University.

Mathiowitz, die doceert aan de afdeling Moleculaire Farmacologie van Brown, Fysiologie, en biotechnologie, werkt al meer dan tien jaar aan de ontwikkeling van bioadhesieve coatings die ervoor kunnen zorgen dat nanodeeltjes aan het slijmvlies van de darm blijven kleven, zodat ze worden opgenomen in de epitheelcellen en in de bloedbaan worden overgebracht. Het idee is dat op eiwit gebaseerde medicijnen in de nanodeeltjes zouden worden gedragen.

In de nieuwe studie die op 21 juni online verscheen Mathiowitz plaatste een van haar meest veelbelovende coatings, een chemische stof genaamd PBMAD, zowel op de laboratoriumtafel als in diermodellen te testen. Mathiowitz en haar collega's hebben patent aangevraagd voor het werk, die zou worden toegewezen aan Brown University.

In eerdere experimenten, Mathiowitz en haar groep hebben niet alleen aangetoond dat PBMAD bioadhesieve eigenschappen heeft, maar ook dat het bestand is tegen de zure omgeving van de maag en vervolgens oplost in de hogere pH van de dunne darm.

Naleven, absorberen, aankomen

De nieuw gepubliceerde resultaten waren gericht op de vraag hoeveel deeltjes, al dan niet gecoat met PBMAD, zou door de darm worden opgenomen en naar de weefsels worden gedistribueerd. Voor gemakkelijker volgen door het hele lichaam, Het team van Mathiowitz gebruikte met opzet experimentele en controledeeltjes gemaakt van materialen die het lichaam niet zou afbreken. Omdat ze "niet-erodeerbaar" waren, bevatten de deeltjes geen medicijn.

De onderzoekers gebruikten deeltjes met een diameter van ongeveer 500 nanometer, gemaakt van twee verschillende materialen:polystyreen, die vrij goed hecht aan het slijmvlies van de darm, en een ander plastic genaamd PMMA, dat niet. Ze bedekten een deel van de PMMA-deeltjes in PBMAD, om te zien of de bioadhesieve coating ervoor kan zorgen dat PMMA-deeltjes betrouwbaarder aan de darm blijven kleven en vervolgens worden opgenomen.

Eerst de ploeg, waaronder auteurs Joshua Reineke van Wayne State University en Daniel Cho van Brown, voerde standaard benchtop-tests uit om te zien hoe goed elk soort deeltjes hechtte. De PBMAD-gecoate deeltjes bleken de sterkste kleverigheid aan darmweefsel te hebben, bindt meer dan twee keer zo sterk als de onbeklede PMMA-deeltjes en ongeveer 1,5 keer zo sterk als de polystyreendeeltjes.

Het belangrijkste experiment, echter, bestond uit het injecteren van doses van de verschillende deeltjes in de darmen van ratten om te zien of ze zouden worden opgenomen en waar de opgenomen deeltjes vijf uur later te vinden waren. Sommige ratten kregen een dosis van de polystyreendeeltjes, sommigen kregen de ongecoate PMMA en sommigen kregen de PBMAD-gecoate PMMA-deeltjes.

Metingen toonden aan dat de ratten 66,9 procent van de PBMAD-gecoate deeltjes absorbeerden, 45,8 procent van de polystyreendeeltjes en slechts 1,9 procent van de onbeklede PMMA-deeltjes.

In de tussentijd, de verschillende deeltjes hadden zeer verschillende distributieprofielen rond het lichaam. Meer dan 80 procent van de polystyreendeeltjes die werden opgenomen, ging naar de lever en nog eens 10 procent naar de nieren. De PMMA-deeltjes, gecoat of niet, vonden hun weg naar een veel grotere verscheidenheid aan weefsels, hoewel in verschillende distributies. Bijvoorbeeld, de PBMAD-gecoate deeltjes hadden veel meer kans om het hart te bereiken, terwijl de niet-gecoate exemplaren veel meer kans hadden om de hersenen te bereiken.

Farmaceutisch potentieel

Het schijnbare feit dat de verschillende oppervlakte-eigenschappen van de deeltjes van vergelijkbare grootte zo'n duidelijke verdeling in de weefsels van de ratten hadden na dezelfde periode van vijf uur, suggereert dat wetenschappers konden leren deeltjes af te stemmen om specifieke delen van het lichaam te bereiken, hoofdzakelijk gericht op doses van oraal ingenomen geneesmiddelen, zei Mathiowitz.

"De verdeling in het lichaam kan op de een of andere manier worden gecontroleerd met het type polymeer dat je gebruikt, " ze zei.

Voor nu, zij en haar groep hebben hard gewerkt om de biofysica te bepalen van hoe de PBMAD-gecoate deeltjes worden opgenomen door de darmen. Er moet ook meer worden gedaan, bijvoorbeeld om de daadwerkelijke levering van op eiwit gebaseerde medicijnen in voldoende hoeveelheden aan weefsels aan te tonen waar ze nodig zijn.

Maar Mathiowitz zei dat de nieuwe resultaten haar veel vertrouwen geven.

"Wat dit nu betekent, is dat als ik bio-erodeerbare nanodeeltjes correct omhul, Ik kan hun opname verbeteren, " zei ze. "Bioerodeerbare nanodeeltjes zijn wat we uiteindelijk zouden willen gebruiken om eiwitten te leveren. De vraag die we in dit artikel behandelen, is hoeveel we kunnen leveren. De cijfers die we zagen, maken het doel haalbaarder."

Een andere grens voor de levering van nanodeeltjes is het bedenken van een veilige methode om nanodeeltjes te maken, Mathiowitz zei, maar, "We hebben al veilige en reproduceerbare methoden ontwikkeld om eiwitten in kleine nanodeeltjes in te kapselen zonder hun biologische activiteit in gevaar te brengen."