Найден способ ввода лекарственных белковых препаратов через слизистую оболочку кишечника

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

Новая лекарственная капсула, разработанная в Массачусетском технологическом институте (МТИ), возможно, однажды сможет заменить эти инъекции. Капсула имеет роботизированный колпачок, который вращается и прокладывает тоннель через слизистый барьер, когда достигает тонкого кишечника, позволяя лекарствам, переносимым капсулой, проходить в клетки, выстилающие кишечник.

"Вытесняя слизь, мы можем максимизировать дисперсию лекарства в локальной области и улучшить всасывание как малых молекул, так и макромолекул", — говорит специалист МТИ Джованни Траверсо.

В исследовании, опубликованном в журнале Science Robotics, ученые продемонстрировали, что они могут использовать этот подход для ввода инсулина, а также ванкомицина — антибиотика-пептида, который в настоящее время приходится вводить с помощью инъекций.

В течение нескольких лет лаборатория МТИ разрабатывала стратегии доставки белковых препаратов, таких как инсулин, перорально. Это сложная задача, поскольку белковые препараты обычно разрушаются в кислой среде пищеварительного тракта, и им также трудно проникнуть через слизистый барьер, который выстилает тракт.

Чтобы преодолеть эти препятствия, ученым пришла в голову идея создания защитной капсулы, включающей механизм, который может прокладывать туннели через слизь, подобно тому, как проходческие машины бурят почву и скальные породы. Идея заключается в том, что пациент проглатывает капсулу, и ее внешний слой растворяется в пищеварительном тракте, обнажая все элементы, которые начинают "пробивать" слизь.

Капсула RoboCap, размером с мультивитамин, содержит лекарство в небольшом резервуаре на одном конце и туннелирующие элементы в основном корпусе и на поверхности. Капсула покрыта желатином, который может быть настроен на растворение при определенном pH.

Когда покрытие растворяется, изменение pH запускает крошечный мотор внутри капсулы RoboCap, который начинает вращаться. Это движение помогает капсуле проникать в слизь и вытеснять ее. Капсула также покрыта маленькими шипами, которые счищают слизь, подобно действию зубной щетки.

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

В ходе испытаний на животных исследователи использовали эту капсулу для доставки либо инсулина, либо ванкомицина, пептидного антибиотика, который используется для лечения широкого спектра инфекций. С помощью капсулы исследователи обнаружили, что они могут доставить в 20-40 раз больше лекарства, чем аналогичная капсула без механизма туннелирования.

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

Хотя капсула, использованная в данном исследовании, высвобождает свою полезную нагрузку в тонком кишечнике, ее также можно использовать для воздействия на желудок или толстую кишку путем изменения рН, при котором растворяется желатиновое покрытие.