Viên nang thuốc robot có thể đưa thuốc đến ruột

Một lý do khiến việc cung cấp các loại thuốc có hàm lượng protein lớn qua đường uống rất khó khăn là những loại thuốc này không thể đi qua hàng rào chất nhầy ở đường tiêu hóa. Điều này có nghĩa là insulin và hầu hết các loại "thuốc sinh học" khác - thuốc bao gồm protein hoặc axit nucleic - phải được tiêm hoặc truyền trong bệnh viện.

Một viên thuốc mới được phát triển tại MIT một ngày nào đó có thể thay thế những mũi tiêm đó. Viên nang có một nắp robot quay và đào xuyên qua hàng rào chất nhầy khi nó đến ruột non, cho phép thuốc do viên nang vận chuyển đi vào các tế bào lót trong ruột.

Giovanni Traverso, Trợ lý Phát triển Sự nghiệp Karl van Tassel, Giáo sư Kỹ thuật Cơ khí tại MIT và là một bác sĩ tiêu hóa cho biết: “Bằng cách thay thế chất nhầy, chúng tôi có thể tối đa hóa sự phân tán của thuốc trong một khu vực cục bộ và tăng cường sự hấp thụ của cả các phân tử nhỏ và đại phân tử. tại Bệnh viện Phụ nữ và Brigham.

Trong một nghiên cứu xuất hiện ngày hôm nay trên Science Robotics , các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng họ có thể sử dụng cách tiếp cận này để cung cấp insulin cũng như vancomycin, một peptide kháng sinh hiện phải được tiêm.

Shriya Srinivasan, một chi nhánh nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Ung thư Tích hợp Koch của MIT và một thành viên cơ sở tại Hiệp hội Nghiên cứu sinh tại Đại học Harvard, là tác giả chính của nghiên cứu.

Trong vài năm, phòng thí nghiệm của Traverso đã phát triển các chiến lược để cung cấp các loại thuốc protein như insulin bằng đường uống. Đây là một nhiệm vụ khó khăn vì thuốc protein có xu hướng bị phân hủy trong môi trường axit của đường tiêu hóa, và chúng cũng khó thâm nhập vào hàng rào chất nhầy dẫn đường.

Để vượt qua những trở ngại đó, Srinivasan đã nảy ra ý tưởng tạo ra một viên nang bảo vệ bao gồm một cơ chế có thể đào xuyên qua chất nhầy, giống như máy khoan đường hầm khoan vào đất và đá.

Cô ấy nói: “Tôi nghĩ rằng nếu chúng ta có thể đào xuyên qua chất nhầy, thì chúng ta có thể lắng đọng thuốc trực tiếp trên biểu mô. "Ý tưởng là bạn sẽ ăn viên nang này và lớp bên ngoài sẽ hòa tan trong đường tiêu hóa, để lộ tất cả các đặc điểm này bắt đầu khuấy qua chất nhầy và làm sạch nó."

Viên nang "RoboCap", có kích thước bằng một viên vitamin tổng hợp, mang khối lượng thuốc của nó trong một bể chứa nhỏ ở một đầu và mang các tính năng tạo đường hầm ở phần thân và bề mặt chính của nó. Viên nang được bao phủ bởi gelatin có thể được điều chỉnh để hòa tan ở một độ pH cụ thể.

Khi lớp phủ tan ra, sự thay đổi độ pH sẽ kích hoạt một động cơ nhỏ bên trong viên nang RoboCap bắt đầu quay. Chuyển động này giúp viên nang đào sâu vào chất nhầy và di chuyển nó ra ngoài. Viên nang này cũng được phủ một lớp đinh tán nhỏ giúp đánh bay chất nhầy, tương tự như hoạt động của bàn chải đánh răng.

Chuyển động quay tròn cũng giúp bào mòn khoang mang thuốc, dần dần được giải phóng vào đường tiêu hóa.

Traverso cho biết: “Những gì RoboCap làm là thay thế tạm thời hàng rào chất nhầy ban đầu và sau đó tăng cường sự hấp thu bằng cách tối đa hóa sự phân tán của thuốc tại chỗ,” Traverso nói. "Bằng cách kết hợp tất cả các yếu tố này, chúng tôi đang thực sự tối đa hóa khả năng của mình để cung cấp tình huống tối ưu để thuốc được hấp thụ."

Trong các thử nghiệm trên động vật, các nhà nghiên cứu đã sử dụng viên nang này để cung cấp insulin hoặc vancomycin, một loại kháng sinh peptide lớn được sử dụng để điều trị một loạt các bệnh nhiễm trùng, bao gồm nhiễm trùng da cũng như nhiễm trùng ảnh hưởng đến cấy ghép chỉnh hình. Với viên nang này, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng chúng có thể cung cấp lượng thuốc gấp 20 đến 40 lần so với một viên nang tương tự mà không có cơ chế đào hầm.

Khi thuốc được giải phóng khỏi viên nang, viên nang sẽ tự đi qua đường tiêu hóa. Các nhà nghiên cứu không tìm thấy dấu hiệu viêm hoặc kích ứng trong đường tiêu hóa sau khi viên nang đi qua, và họ cũng quan sát thấy rằng lớp chất nhầy sẽ cải tổ trong vòng vài giờ sau khi bị viên nang thay thế.

Một cách tiếp cận khác mà một số nhà nghiên cứu đã sử dụng để tăng cường phân phối thuốc qua đường miệng là cung cấp cho chúng cùng với các loại thuốc bổ sung giúp chúng đi qua mô ruột. Tuy nhiên, những chất tăng cường này thường chỉ có tác dụng với một số loại thuốc nhất định. Bởi vì phương pháp mới của nhóm MIT chỉ dựa vào sự gián đoạn cơ học đối với hàng rào chất nhầy, nên nó có khả năng được áp dụng cho nhiều loại thuốc hơn, Traverso nói.

Ông nói: “Một số chất tăng cường hóa học có tác dụng ưu tiên với một số phân tử thuốc nhất định. "Sử dụng các phương pháp cơ học có thể cho phép nhiều loại thuốc hơn để tăng cường hấp thu."

Trong khi viên nang được sử dụng trong nghiên cứu này giải phóng khối lượng của nó trong ruột non, nó cũng có thể được sử dụng để nhắm mục tiêu đến dạ dày hoặc ruột kết bằng cách thay đổi độ pH tại đó lớp phủ gelatin hòa tan. Các nhà nghiên cứu cũng có kế hoạch khám phá khả năng cung cấp các loại thuốc protein khác như chất chủ vận thụ thể GLP1, đôi khi được sử dụng để điều trị bệnh tiểu đường loại 2. Các viên nang cũng có thể được sử dụng để cung cấp thuốc tại chỗ để điều trị viêm loét đại tràng và các tình trạng viêm khác bằng cách tối đa hóa nồng độ cục bộ của thuốc trong mô để giúp điều trị viêm.

Nguồn Viện Công nghệ Massachusetts