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Una de las razones por las que es tan difícil administrar por vía oral medicamentos de proteínas grandes es que estos medicamentos no pueden cruzar la barrera mucosa que recubre el tracto digestivo. Esto significa que la insulina y la mayoría de los demás «fármacos biológicos» (fármacos hechos de proteínas o ácidos nucleicos) deben inyectarse o administrarse en un hospital.
Una nueva cápsula de fármaco desarrollada en el MIT podría algún día reemplazar estas inyecciones. La cápsula tiene una tapa robótica que gira y hace un túnel a través de la barrera mucosa cuando llega al intestino delgado, lo que permite que los medicamentos transportados por la cápsula pasen a las células que recubren el intestino.
«Al mover la mucosidad, podemos maximizar la dispersión del fármaco en un área local y mejorar la absorción de moléculas pequeñas y macromoléculas», dice Giovanni Traverso, profesor asistente de desarrollo de carrera Karl van Tassel de ingeniería mecánica en el MIT y gastroenterólogo. en el Brigham and Women’s Hospital.
En un estudio publicado hoy en Robótica científicalos investigadores demostraron que podían usar este enfoque para administrar insulina y vancomicina, un péptido antibiótico que actualmente debe inyectarse.
Shriya Srinivasan, investigadora afiliada del Instituto Koch para la Investigación Integral del Cáncer del MIT y becaria junior de la Society of Fellows de la Universidad de Harvard, es la autora principal del estudio.
Túnel a través
Durante varios años, el laboratorio de Traverso ha estado desarrollando estrategias para administrar fármacos proteicos como la insulina por vía oral. Esta es una tarea difícil porque los medicamentos proteicos tienden a descomponerse en el ambiente ácido del tracto digestivo y también tienen dificultad para penetrar la barrera mucosa que recubre el tracto digestivo.
Para superar estos obstáculos, a Srinivasan se le ocurrió la idea de crear una cápsula protectora que incluye un mecanismo que puede hacer un túnel a través de la mucosidad, al igual que las máquinas perforadoras de túneles perforan el suelo y la roca.
«Pensé que si podíamos hacer un túnel a través de la mucosidad, entonces podríamos depositar el fármaco directamente sobre el epitelio», dice ella. «La idea es que ingieras esta cápsula y la capa externa se disuelva en el tracto digestivo, exponiendo todas estas características que comienzan a agitar la mucosidad y a aflojarla».
La cápsula «RoboCap», que tiene el tamaño aproximado de un multivitamínico, transporta su carga de fármaco en un pequeño depósito en un extremo y tiene características de túnel en su cuerpo principal y superficie. La cápsula está recubierta con gelatina que se puede configurar para disolverse a un pH específico.
Cuando el recubrimiento se disuelve, el cambio de pH activa un pequeño motor dentro de la cápsula RoboCap para que comience a girar. Este movimiento ayuda a que la cápsula haga un túnel a través de la mucosidad y la mueva. La cápsula también está cubierta con pequeñas uñas que eliminan la mucosidad, de manera similar a la acción de un cepillo de dientes.
El movimiento de rotación también contribuye a erosionar el compartimento que transporta la droga, que se libera gradualmente en el tracto digestivo.
“Lo que hace el RoboCap es desplazar transitoriamente la barrera mucosa inicial y luego mejorar la absorción al maximizar la dispersión local del fármaco”, dice Traverso. «Al combinar todos estos elementos, realmente estamos maximizando nuestra capacidad para proporcionar la situación óptima para que se absorba el fármaco».
entrega mejorada
En pruebas con animales, los investigadores usaron esta cápsula para administrar insulina o vancomicina, un antibiótico de péptido grande que se usa para tratar una amplia gama de infecciones, incluidas las infecciones de la piel y las infecciones que afectan a los implantes ortopédicos. Con la cápsula, los investigadores descubrieron que podían administrar de 20 a 40 veces más fármaco que una cápsula similar sin el mecanismo de túnel.
Una vez que el fármaco se libera de la cápsula, la cápsula pasa por sí sola a través del tracto digestivo. Los investigadores no encontraron signos de inflamación o irritación en el tracto digestivo después de pasar la cápsula, y también observaron que la capa de moco se volvió a formar a las pocas horas de ser movida por la cápsula.
Otro enfoque que algunos investigadores han usado para mejorar la administración oral de medicamentos es darles medicamentos adicionales que les ayuden a pasar a través del tejido intestinal. Sin embargo, estos potenciadores a menudo solo funcionan con ciertos medicamentos. Debido a que el nuevo enfoque del equipo del MIT se basa únicamente en las alteraciones mecánicas de la barrera mucosa, podría aplicarse potencialmente a un conjunto más amplio de medicamentos, dice Traverso.
“Algunos de los activadores químicos funcionan preferentemente con ciertas moléculas de fármacos”, dice. «El uso de métodos de administración mecánica tiene el potencial de permitir que más medicamentos tengan una mejor absorción».
Aunque la cápsula utilizada en este estudio libera su carga útil en el intestino delgado, también podría usarse para atacar el estómago o el colon cambiando el pH al que se disuelve el recubrimiento de gelatina. Los investigadores también planean explorar la posibilidad de administrar otros medicamentos proteicos, como el agonista del receptor GLP1, que a veces se usa para tratar la diabetes tipo 2. Las cápsulas también podrían usarse para administrar medicamentos tópicos para tratar la colitis ulcerosa y otras afecciones inflamatorias al maximizar la concentración local de fármacos en los tejidos para ayudar a tratar la inflamación.
La investigación fue financiada, en parte, por los Institutos Nacionales de Salud y el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT.
Otros autores del artículo incluyen a Amro Alshareef, Alexandria Hwang, Ziliang Kang, Johannes Kuosmanen, Keiko Ishida, Joshua Jenkins, Sabrina Liu, Wiam Abdalla Mohammed Madani, Jochen Lennerz, Alison Hayward, Josh Morimoto, Nina Fitzgerald y Robert Langer.
