Recubrimiento sintético para el tracto gastrointestinal podría administrar medicamentos o ayudar a la digestión | Noticias del MIT



Utilizando enzimas que se encuentran en el tracto digestivo, los ingenieros del MIT han ideado una forma de aplicar un revestimiento sintético temporal al revestimiento del intestino delgado. Este recubrimiento podría adaptarse para administrar medicamentos, ayudar a la digestión o prevenir la absorción de nutrientes como la glucosa.

En un estudio en cerdos, los investigadores demostraron que pueden utilizar este enfoque para simplificar la administración de medicamentos que normalmente deben tomarse varias veces al día. También modificaron los recubrimientos para administrar la enzima lactasa, que ayuda a las personas a digerir el azúcar de la leche, la lactosa y a bloquear la absorción de glucosa, lo que podría ofrecer una nueva estrategia para tratar la diabetes u obesidad.

"Estas tres aplicaciones son bastante distintas, pero dan una idea de la amplitud de las cosas que se pueden lograr con este enfoque", dice Giovanni Traverso, profesor asistente de ingeniería mecánica en el MIT, gastroenterólogo de Brigham and Women & # 39; s 39; s Hospital y autor del estudio.

El revestimiento está hecho de un polímero hecho de moléculas de dopamina, que se pueden consumir en forma líquida. Una vez que la solución llega al intestino delgado, las moléculas se ensamblan en un polímero, en una reacción catalizada por una enzima que se encuentra en el intestino delgado.

Junwei Li, postdoctorado en el Instituto Koch para la Investigación Integrativa del Cáncer del MIT, es el autor principal del estudio, que aparece hoy en Medicina científica traslacional.

Polímeros pegajosos

El equipo del MIT comenzó a trabajar en este proyecto con el objetivo de intentar desarrollar fórmulas de medicamentos líquidos que pudieran proporcionar una alternativa más fácil de tragar a las cápsulas, especialmente para los niños. Su idea era crear un recubrimiento polimérico para el revestimiento intestinal, que se formaría después de ser ingerido como una solución de monómeros (los componentes básicos de los polímeros).

“Los niños a menudo no pueden tomar formas de dosificación sólidas como cápsulas y tabletas”, dice Traverso. "Empezamos a pensar en la posibilidad de desarrollar formulaciones líquidas que podrían formar un revestimiento epitelial sintético que luego podría usarse para la administración de fármacos, facilitando que el paciente lo tome".

Se inspiraron en la naturaleza y comenzaron a experimentar con un polímero llamado polidopamina (PDA), que es un componente de la sustancia pegajosa que secretan los mejillones para ayudarlos a aferrarse a las rocas. El PDA está hecho de monómeros de dopamina, el mismo químico que actúa como neurotransmisor en el cerebro.

Los investigadores han descubierto que una enzima llamada catalasa puede ayudar a ensamblar moléculas de dopamina en el polímero PDA. La catalasa se encuentra en todo el tracto digestivo, con niveles particularmente altos en la región superior del intestino delgado.

En un estudio en cerdos, los investigadores demostraron que si administran dopamina en una solución líquida, con una pequeña cantidad de peróxido de hidrógeno (a niveles que se sabe que son seguros), la catalasa en el intestino delgado descompone el peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno. Este oxígeno ayuda a que las moléculas de dopamina se unan al polímero PDA. En cuestión de minutos, se forma una fina película de PDA que cubre el revestimiento del intestino delgado.

"Estos polímeros tienen propiedades de mucoadhesión, lo que significa que después de la polimerización, el polímero puede adherirse con mucha fuerza a la pared intestinal", explica Li. "De esta manera, podemos generar revestimientos sintéticos de tipo epitelial en la superficie intestinal original ".

Una vez que los investigadores desarrollaron el recubrimiento, comenzaron a experimentar formas de modificarlo para una variedad de aplicaciones. Demostraron que pueden unir una enzima llamada beta-galactosidasa (lactasa) a la película, y que la película puede ayudar en la digestión de la lactosa. En los cerdos, este recubrimiento mejoró la eficiencia de la digestión de la lactosa en aproximadamente 20 veces.

Para otra aplicación, los investigadores incorporaron un medicamento llamado praziquantel, que se usa para tratar la esquistosomiasis, una enfermedad tropical causada por gusanos parásitos. Por lo general, este medicamento debe administrarse tres veces al día, pero con esta formulación, podría administrarse una vez al día y liberarse gradualmente a lo largo del día. Este enfoque también podría ser útil para los antibióticos que deben administrarse más de una vez al día, dijeron los investigadores.

Finalmente, los investigadores demostraron que pueden integrar el polímero con diminutos reticuladores que hacen que el recubrimiento sea impenetrable a la glucosa (y potencialmente a otras moléculas). Esto podría ayudar en el manejo de la diabetes, la obesidad u otros trastornos metabólicos, dicen los investigadores.

Recubrimiento temporal

En este estudio, los investigadores demostraron que el recubrimiento dura aproximadamente 24 horas, después de las cuales se desprende junto con las células que forman el revestimiento intestinal, que se reemplaza continuamente. Para sus estudios en cerdos, los investigadores entregaron la solución por endoscopia, pero planean desarrollar una formulación potable para uso humano. Los investigadores también están desarrollando otras formulaciones alternativas, incluidas cápsulas y píldoras.

Los investigadores realizaron estudios preliminares de seguridad en ratas y encontraron que la solución de dopamina no tenía efectos dañinos. Sus estudios también sugieren que la mayoría o todas las moléculas de dopamina son parte del recubrimiento sintético y no ingresan a los tejidos ni al torrente sanguíneo, pero el equipo planea hacer más estudios de seguridad para explorar los posibles efectos de dopamina.

Además, los investigadores estudiaron la capacidad de absorción de nutrientes del intestino después de 24 horas y no mostraron diferencias entre los animales que recibieron el revestimiento epitelial sintético gastrointestinal (GSEL). y los que no habían recibido el GSEL.

Además, el equipo descubrió que el recubrimiento podía adherirse bien al tejido gastrointestinal humano.

La investigación fue financiada por la Fundación Bill & Melinda Gates, los Institutos Nacionales de Salud y el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT.

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