Одна из причин, по которой так трудно доставлять большие белковые препараты перорально, заключается в том, что эти препараты не могут проходить через слизистый барьер, выстилающий пищеварительный тракт. Это означает, что инсулин и большинство других "биологических препаратов" — препаратов, состоящих из белков или нуклеиновых кислот, — должны вводиться инъекционно или вводиться в больнице.

Новая лекарственная капсула, разработанная в Массачусетском технологическом институте, может однажды заменить эти инъекции. Капсула имеет роботизированный колпачок, который вращается и проходит через слизистый барьер, когда достигает тонкой кишки, позволяя лекарствам, переносимым капсулой, проникать в клетки, выстилающие кишечник.

"Вытесняя слизь, мы можем максимально увеличить диспергирование препарата в локальной области и улучшить всасывание как малых молекул, так и макромолекул", - говорит Джованни Траверсо, доцент кафедры машиностроения Карла ван Тассела в Массачусетском технологическом институте и гастроэнтеролог в Бригаме и женской больнице.

В исследовании, опубликованном сегодня в журнале Science Robotics, исследователи продемонстрировали, что они могут использовать этот подход для доставки инсулина, а также ванкомицина, антибиотического пептида, который в настоящее время необходимо вводить.

Шрия Шринивасан, научный сотрудник Института интегративных исследований рака имени Коха Массачусетского технологического института и младший научный сотрудник Общества стипендиатов Гарвардского университета, является ведущим автором исследования.

Прокладывание туннеля через

В течение нескольких лет лаборатория Траверсо занималась разработкой стратегий пероральной доставки белковых препаратов, таких как инсулин. Это сложная задача, потому что белковые препараты, как правило, расщепляются в кислой среде пищеварительного тракта, и им также трудно проникать через слизистый барьер, который выстилает тракт.

Чтобы преодолеть эти препятствия, Шринивасану пришла в голову идея создать защитную капсулу, которая включает в себя механизм, способный прокладывать туннели сквозь слизь, подобно тому, как машины для бурения туннелей сверлят почву и породу.

"Я подумала, что если мы сможем проложить туннель через слизь, то сможем нанести лекарство непосредственно на эпителий", - говорит она. "Идея заключается в том, что вы проглатываете эту капсулу, и внешний слой растворяется в пищеварительном тракте, обнажая все эти свойства, которые начинают пробиваться сквозь слизь и очищать ее".

Капсула "РобоКап", размером примерно с мультивитамин, содержит лекарственную нагрузку в небольшом резервуаре на одном конце и обладает туннельными свойствами в своем основном корпусе и поверхности. Капсула покрыта желатином, который может быть настроен на растворение при определенном значении рН.

Когда покрытие растворяется, изменение рН приводит в действие крошечный моторчик внутри капсулы RoboCap, который начинает вращаться. Это движение помогает капсуле проникнуть в слизь и вытеснить ее. Капсула также покрыта маленькими шипиками, которые смахивают слизь, подобно действию зубной щетки.

Вращательное движение также помогает разрушить отсек, в котором находится лекарство, которое постепенно высвобождается в пищеварительный тракт.

"Что делает RoboCap, так это временно смещает первоначальный слизистый барьер, а затем усиливает всасывание за счет максимального локального распыления препарата", - говорит Траверсо. "Комбинируя все эти элементы, мы действительно максимально увеличиваем наши возможности по обеспечению оптимальной ситуации для всасывания препарата".

Улучшенная доставка

В тестах на животных исследователи использовали эту капсулу для доставки либо инсулина, либо ванкомицина, мощного пептидного антибиотика, который используется для лечения широкого спектра инфекций, включая кожные инфекции, а также инфекции, поражающие ортопедические имплантаты. С помощью капсулы исследователи обнаружили, что они могут доставлять в 20-40 раз больше лекарства, чем аналогичная капсула без туннельного механизма.

Как только препарат высвобождается из капсулы, капсула сама проходит через пищеварительный тракт самостоятельно. Исследователи не обнаружили никаких признаков воспаления или раздражения в пищеварительном тракте после прохождения капсулы, и они также заметили, что слой слизи восстанавливается в течение нескольких часов после вытеснения капсулой.

Другой подход, который некоторые исследователи использовали для улучшения пероральной доставки лекарств, заключается в том, чтобы давать их вместе с дополнительными лекарствами, которые помогают им проникать через ткани кишечника. Однако эти усилители часто работают только с определенными лекарствами. Поскольку новый подход команды Массачусетского технологического института основан исключительно на механических повреждениях слизистого барьера, он потенциально может быть применен к более широкому набору лекарств, говорит Траверсо.

"Некоторые химические усилители предпочтительно работают с определенными молекулами лекарств", - говорит он. "Использование механических методов введения потенциально может позволить большему количеству лекарств улучшить всасывание".

В то время как капсула, использованная в этом исследовании, высвобождала свою полезную нагрузку в тонком кишечнике, ее также можно было использовать для воздействия на желудок или толстую кишку путем изменения рН, при котором растворяется желатиновая оболочка. Исследователи также планируют изучить возможность доставки других белковых препаратов, таких как агонист рецептора GLP1, который иногда используется для лечения диабета 2 типа. Капсулы также могут быть использованы для доставки местных лекарств для лечения язвенного колита и других воспалительных состояний путем максимального увеличения локальной концентрации лекарств в тканях, чтобы помочь лечить воспаление.