Typ I-diabetespatienter injicerar vanligtvis insulin flera gånger om dagen, en smärtsam process som minskar livskvaliteten. Injicerbara mediciner är också förknippade med bristande efterlevnad, vilket kan resultera i långvariga komplikationer för patienter med kronisk sjukdom och dramatiska ökningar av sjukvårdskostnaderna.

Så, vad som hindrar läkare från att skriva ut en mycket enklare lösning, som ett insulinpiller? Våra egna matsmältningssystem är skyldiga - för i det här fallet, de fungerar för bra för sitt eget bästa.

"Våra kroppar ser alla proteiner som vi får i oss som mat, även om detta är ett terapeutiskt proteinläkemedel som insulin. Proteiner som kommer in i magen smälts till individuella aminosyror och förlorar alla avsedda terapeutiska funktioner, " förklarar Katie Whitehead, biträdande professor i kemiteknik vid Carnegie Mellon University.

Även om drogen på något sätt kunde göra resan till tunntarmen utan att smältas, vår kropp skulle fortfarande inte kunna absorbera det. Läkemedel med stora proteiner tränger inte igenom tarmslemhinnan, vilket innebär att det är omöjligt för läkemedlet att flytta in i blodomloppet och börja verka i kroppen.

Whitehead såg denna drogutmaning som en möjlighet att slå sig samman med kollegan Alan Russell, professor och chef för Disruptive Health Technology Institute. Med Whiteheads bakgrund inom läkemedelsleveranssystem och Russells expertis inom polymerbaserad proteinteknik, teamet utvecklade en ny lösning. Deras forskning publicerades nyligen i Journal of Controlled Release .

Med hjälp av en teknik som kallas Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP) (som utvecklades på Carnegie Mellon av kemiprofessor Krzysztof Matyjaszewski), teamet skapade ett förpackat protein som överlever matsmältningsliknande tillstånd och som lätt transporteras över tarmbarriären i en cellodlingsmodell. Proteinet som användes i denna studie fungerade som en modell för terapeutiska läkemedel som insulin.

ATRP tillät Russell att fästa en polymer till modellproteinet. När väl fäst, denna polymer fungerade som en sköld mot matsmältningsenzymer i magen.

"Vårt team hade utvecklat en polymer som var mycket stabil, tillräckligt för att det skulle överleva i saltsyra, " säger Russell. "Vi kände oss säkra på att vi kunde använda denna polymer för att skydda modellproteinet från magen, men den andra utmaningen återstod att selektivt flytta modellproteinet genom tarmväggen."

För att tackla denna utmaning, Whitehead identifierade en kemisk struktur som kallas fenylpiperazin som ökar tarmens permeabilitet. Genom att omge proteinet i en polymer gjord av fenylpiperazin, modellproteinet passerade lätt över tarmcellsbarriärer. I synnerhet, forskargruppen ökade transporten av modellproteinet utan att öka transporten av andra skadliga föreningar, som avfallsprodukter, tvärs över tarmen.

"Vi är entusiastiska över denna forskning eftersom vi har visat att polymerkonjugering kan användas för att uppnå oral proteintillförsel. Dessa fynd ger upphov till många fler frågor som vi ser fram emot att ta itu med, såsom hur polymerstrukturen och arkitekturen påverkar leveransprocessen samt om dessa resultat översätts in vivo , säger Whitehead.

Detta projekt anses av forskarna vara ett viktigt introduktionssteg i deras forskning mot att utveckla orala läkemedelstillförselsystem som kan testas och användas kliniskt.