En anledning till att det är så svårt att leverera stora proteinläkemedel oralt är att dessa läkemedel inte kan passera genom slembarriären som kantar matsmältningskanalen. Detta innebär att insulin och de flesta andra "biologiska läkemedel" - läkemedel som består av proteiner eller nukleinsyror - måste injiceras eller administreras på ett sjukhus.

En ny läkemedelskapsel utvecklad vid MIT kan en dag kunna ersätta dessa injektioner. Kapseln har en robotkåpa som snurrar och tunnlar genom slembarriären när den når tunntarmen, vilket gör att läkemedel som bärs av kapseln kan passera in i celler som kantar tarmen.

"Genom att ersätta slemmet kan vi maximera spridningen av läkemedlet inom ett lokalt område och förbättra absorptionen av både små molekyler och makromolekyler", säger Giovanni Traverso, biträdande professor i karriärutveckling vid Karl van Tassel i maskinteknik vid MIT och en gastroenterolog. på Brigham and Women's Hospital.

I en studie som visas idag i Science Robotics , visade forskarna att de kunde använda detta tillvägagångssätt för att leverera insulin såväl som vankomycin, en antibiotisk peptid som för närvarande måste injiceras.

Shriya Srinivasan, en forskningsfilial vid MIT:s Koch Institute for Integrative Cancer Research och en junior fellow vid Society of Fellows vid Harvard University, är huvudförfattare till studien.

Tunnlar genom

I flera år har Traversos labb utvecklat strategier för att leverera proteinläkemedel som insulin oralt. Detta är en svår uppgift eftersom proteinläkemedel tenderar att brytas ned i sur miljö i matsmältningskanalen, och de har också svårt att penetrera slembarriären som kantar tarmkanalen.

För att övervinna dessa hinder kom Srinivasan på idén att skapa en skyddskapsel som inkluderar en mekanism som kan tunnla genom slem, precis som tunnelborrmaskiner borrar i jord och sten.

"Jag tänkte att om vi kunde tunnla genom slemmet så kunde vi deponera läkemedlet direkt på epitelet", säger hon. "Tanken är att du skulle få i dig den här kapseln och det yttre lagret skulle lösas upp i matsmältningskanalen och exponera alla dessa egenskaper som börjar snurra genom slemmet och rensa det."

"RoboCap"-kapseln, som är ungefär lika stor som en multivitamin, bär sin läkemedelsnyttolast i en liten reservoar i ena änden och bär tunnelfunktionerna i sin huvudkropp och yta. Kapseln är belagd med gelatin som kan ställas in för att lösas upp vid ett specifikt pH.

När beläggningen löser sig utlöser förändringen i pH att en liten motor inuti RoboCap-kapseln börjar snurra. Denna rörelse hjälper kapseln att tunna in i slemmet och förskjuta det. Kapseln är också belagd med små dubbar som borstar bort slem, liknande funktionen hos en tandborste.

Den snurrande rörelsen hjälper också till att erodera utrymmet som bär läkemedlet, som gradvis släpps ut i matsmältningskanalen.

"Vad RoboCap gör är att tillfälligt förskjuta den initiala slembarriären och sedan förbättra absorptionen genom att maximera spridningen av läkemedlet lokalt", säger Traverso. "Genom att kombinera alla dessa element maximerar vi verkligen vår kapacitet att tillhandahålla den optimala situationen för att läkemedlet ska absorberas."

Förbättrad leverans

I tester på djur använde forskarna denna kapsel för att leverera antingen insulin eller vankomycin, ett stort peptidantibiotikum som används för att behandla ett brett spektrum av infektioner, inklusive hudinfektioner såväl som infektioner som påverkar ortopediska implantat. Med kapseln fann forskarna att de kunde leverera 20 till 40 gånger mer läkemedel än en liknande kapsel utan tunnelmekanismen.

När läkemedlet väl har släppts från kapseln, passerar kapseln själv genom matsmältningskanalen. Forskarna fann inga tecken på inflammation eller irritation i matsmältningskanalen efter att kapseln passerat igenom, och de observerade också att slemlagret reformeras inom några timmar efter att det förträngts av kapseln.

Ett annat tillvägagångssätt som vissa forskare har använt för att förbättra oral leverans av läkemedel är att ge dem tillsammans med ytterligare läkemedel som hjälper dem att passera genom tarmvävnaden. Dessa förstärkare fungerar dock ofta bara med vissa läkemedel. Eftersom MIT-teamets nya tillvägagångssätt enbart förlitar sig på mekaniska störningar av slembarriären, kan den potentiellt tillämpas på en bredare uppsättning läkemedel, säger Traverso.

"Några av de kemiska förstärkarna arbetar företrädesvis med vissa läkemedelsmolekyler", säger han. "Att använda mekaniska administreringsmetoder kan potentiellt göra det möjligt för fler läkemedel att få förbättrad absorption."

Medan kapseln som användes i denna studie släppte sin nyttolast i tunntarmen, kunde den också användas för att rikta in sig på magen eller tjocktarmen genom att ändra pH vid vilket gelatinbeläggningen löses upp. Forskarna planerar också att undersöka möjligheten att leverera andra proteinläkemedel som GLP1-receptoragonist, som ibland används för att behandla typ 2-diabetes. Kapslarna kan också användas för att leverera topikala läkemedel för att behandla ulcerös kolit och andra inflammatoriska tillstånd genom att maximera den lokala koncentrationen av läkemedlen i vävnaden för att hjälpa till att behandla inflammationen. + Utforska vidare

Ny kapsel kan ge oralt läkemedel som vanligtvis måste injiceras