Прорыв слизистого барьера

Изображения для загрузки на веб-сайте офиса новостей MIT предоставляются некоммерческим организациям, прессе и широкой публике в соответствии с некоммерческой лицензией Creative Commons «С указанием авторства». Вы не можете изменять предоставленные изображения, кроме как обрезать их до нужного размера. При воспроизведении изображений необходимо использовать кредитную линию; если оно не указано ниже, укажите авторство изображений в «MIT».

Предыдущее изображение Следующее изображение

Одна из причин того, что так трудно доставлять большие белковые препараты перорально, заключается в том, что эти лекарства не могут пройти через слизистый барьер, выстилающий пищеварительный тракт. Это означает, что инсулин и большинство других «биологических препаратов» — препаратов, состоящих из белков или нуклеиновых кислот — необходимо вводить или вводить в больнице.

Новая капсула с лекарством, разработанная в Массачусетском технологическом институте, однажды сможет заменить эти инъекции. Капсула имеет роботизированную крышку, которая вращается и туннелирует через слизистый барьер, когда достигает тонкой кишки, позволяя лекарствам, переносимым капсулой, проникать в клетки, выстилающие кишечник.

«Вытесняя слизь, мы можем максимизировать рассеивание препарата в пределах локальной области и улучшить абсорбцию как малых молекул, так и макромолекул», — говорит Джованни Траверсо, доцент кафедры машиностроения имени Карла ван Тасселя 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, пептидного антибиотика, который в настоящее время приходится вводить путем инъекций.

Шрия Сринивасан, научный сотрудник Института интегративных исследований рака им. Коха при Массачусетском технологическом институте и младший научный сотрудник Общества научных сотрудников Гарвардского университета, является ведущим автором исследования.

Туннелирование через

В течение нескольких лет лаборатория Траверсо разрабатывала стратегии пероральной доставки белковых препаратов, таких как инсулин. Это трудная задача, поскольку белковые препараты имеют тенденцию расщепляться в кислой среде пищеварительного тракта, а также им трудно проникать через слизистый барьер, выстилающий пищеварительный тракт.

Чтобы преодолеть эти препятствия, Шринивасану пришла в голову идея создать защитную капсулу, которая включает в себя механизм, способный прокладывать туннели через слизь, подобно тому, как туннелепроходческие машины бурят почву и скальные породы.

«Я подумала, что если мы сможем проложить туннель через слизь, то мы сможем нанести лекарство прямо на эпителий», — говорит она. «Идея состоит в том, что вы проглотите эту капсулу, и внешний слой растворится в пищеварительном тракте, обнажая все эти особенности, которые начинают проникать через слизь и очищать ее».

Капсула «RoboCap», размером примерно с поливитамины, несет полезные вещества в небольшом резервуаре на одном конце и имеет туннельные функции в основном корпусе и на поверхности. Капсула покрыта желатином, который можно настроить на растворение при определенном pH.

Когда покрытие растворяется, изменение pH запускает крошечный двигатель внутри капсулы RoboCap, который начинает вращаться. Это движение помогает капсуле проникнуть в слизь и вытеснить ее. Капсула также покрыта маленькими шипами, которые счищают слизь, подобно зубной щетке.

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

«RoboCap временно смещает первоначальный слизистый барьер, а затем усиливает абсорбцию за счет максимального локального распределения препарата», — говорит Траверсо. «Объединив все эти элементы, мы действительно максимизируем нашу способность обеспечить оптимальную ситуацию для всасывания препарата».

Улучшенная доставка

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