Inspirándose en la forma en que los calamares usan chorros para impulsarse a través del océano y disparar nubes de tinta, investigadores del MIT y Novo Nordisk han desarrollado una cápsula comestible que libera una ráfaga de medicamento directamente en la pared del estómago u otras partes del sistema digestivo. .
Esta cápsula puede ofrecer una forma alternativa de administrar medicamentos que normalmente requieren inyecciones, como insulina y otras proteínas grandes, incluidos los anticuerpos. Esta técnica sin agujas también podría usarse para administrar ARN como vacuna o molécula terapéutica para tratar la diabetes, la obesidad y otros trastornos metabólicos.
“Uno de los desafíos de larga data que estamos explorando es el desarrollo de sistemas que permitan la administración oral de macromoléculas que normalmente requerirían la administración de una inyección. Este trabajo representa uno de los próximos avances importantes en ese progreso”, dice Giovanni Traverso. , director del Laboratorio de Ingeniería Traslacional y profesor asociado de ingeniería mecánica en el MIT, gastroenterólogo del Brigham and Women’s Hospital, miembro asociado del Broad Institute y autor principal del estudio.
Traverso y sus estudiantes del MIT desarrollaron la nueva cápsula con investigadores del Brigham and Women’s Hospital y Novo Nordisk. Graham Eric SM ’20 y los científicos de Novo Nordisk Drago Stiker y Aghiad Ghazal son los autores principales del artículo, que aparece hoy. la naturaleza.
Inspirado en los cefalópodos
Los medicamentos que contienen proteínas grandes o ARN generalmente no se toman por vía oral porque se descomponen fácilmente en el sistema digestivo. Durante varios años, el laboratorio de Traverso ha estado trabajando en formas de administrar dichos medicamentos por vía oral encapsulándolos en pequeños dispositivos que los protegen de la degradación y luego inyectándolos directamente en el revestimiento del tracto digestivo.
La mayoría de estas cápsulas utilizan una pequeña aguja o un conjunto de microagujas para administrar el medicamento cuando el dispositivo ingresa al tracto digestivo. En el nuevo estudio, Traverso y sus colegas querían explorar formas de administrar estas moléculas sin aguja, lo que podría reducir la posibilidad de daño tisular.
Para lograrlo, se inspiraron en los cefalópodos. Los calamares y pulpos pueden propulsarse llenando la cavidad de su manto con agua y luego expulsándola rápidamente a través de sus sifones. Al cambiar la fuerza de la descarga de agua y dirigir el sifón en diferentes direcciones, los animales pueden controlar su velocidad y dirección de viaje. El órgano sifón permite al cefalópodo disparar chorros de tinta, lo que crea una nube señuelo para confundir a los depredadores.
Los investigadores han ideado dos formas de simular esta acción de chorro: utilizando dióxido de carbono comprimido o resortes fuertemente enrollados para generar la fuerza necesaria para expulsar medicamentos líquidos de las cápsulas. El gas o resorte se mantiene comprimido mediante un gatillo de carburador, que está diseñado para disolverse cuando se expone a la humedad o a un ambiente ácido como el estómago. Cuando el gatillo se disuelve, se permite que el gas o resorte se expanda, expulsando un chorro de medicamento de la cápsula.
En una serie de experimentos utilizando tejido del tracto digestivo, los investigadores calcularon las presiones necesarias para expulsar los medicamentos con suficiente fuerza para que penetraran el tejido submucoso y se acumularan allí, creando un depósito que luego liberaría el medicamento en el tejido.
“Además de eliminar objetos punzantes, otra ventaja potencial de los chorros columnares de alta velocidad es su resistencia a los problemas de localización. A diferencia de una aguja pequeña, que requiere un contacto cercano con el tejido, nuestros experimentos indican que un chorro puede administrar grandes dosis de forma remota. o ligeramente para abastecer la esquina”, dice Eric.
Los investigadores también diseñaron las cápsulas para que pudieran apuntar a diferentes partes del sistema digestivo. Una versión de la cápsula, que tiene un fondo plano y una cúpula alta, puede asentarse sobre una superficie como el revestimiento del estómago y liberar el fármaco hacia el tejido. La cápsula, que se inspiró en investigaciones anteriores sobre cápsulas autoorientables del laboratorio de Traverso, tiene aproximadamente el tamaño de un arándano y puede transportar 80 microlitros de medicamento.
La segunda versión tiene forma de tubo que le permite alinearse dentro de órganos tubulares largos como el esófago o el intestino delgado. En ese caso, el fármaco se libera hacia la pared lateral en lugar de hacia abajo. Esta versión puede entregar 200 microlitros de medicamento.
Hechas de metal y plástico, las cápsulas pueden pasar a través del sistema digestivo y se excretan después de liberar su carga útil del fármaco.
Entrega de medicamentos sin agujas
En pruebas con animales, los investigadores han demostrado que pueden usar estas cápsulas para administrar insulina, un agonista del receptor GLP-1 similar al medicamento para la diabetes Ozempic, y un tipo de ARN llamado ARN de interferencia corto (ARNip). Este tipo de ARN puede utilizarse para silenciar genes, lo que lo hace potencialmente útil en el tratamiento de muchos trastornos genéticos.
También demostraron que las concentraciones de drogas en el torrente sanguíneo de los animales alcanzaban niveles similares cuando las drogas se inyectaban con jeringas.
Los investigadores prevén que las cápsulas podrían ser utilizadas en casa por pacientes que toman insulina u otros medicamentos inyectables con frecuencia. Además de facilitar la administración de los medicamentos, especialmente para los pacientes a los que no les gustan las agujas, este método también elimina la necesidad de deshacerse de las agujas afiladas. Los investigadores han desarrollado y probado una versión del dispositivo que se puede conectar a un endoscopio, lo que permite a los médicos usarlo en salas de endoscopia o quirófanos para administrar medicamentos a los pacientes.
Los investigadores no detectaron ningún daño tisular causado por la liberación del fármaco. Ahora planean seguir desarrollando las cápsulas con la esperanza de probarlas en humanos.