Капсула заменит инсулиновые инъекции

Многие лекарства, такие как инсулин, имеют в составе белки, и поэтому принимать их перорально, то есть в виде таблеток, невозможно – агрессивная среда желудочно-кишечного тракта разрушает их, делая бесполезными. По этой причине вводить их приходится путем инъекций, что в случае с лекарствами, принимать которые требуется несколько раз в день, может стать большим неудобством.

Решение проблемы предложили инженеры Массачусетского технологического института, которые разработали инновационную капсулу для доставки лекарственных веществ. Она переносит белковые препараты на трех сложенных рукавах, надежно упакованных в защитную оболочку, оберегающую их от действия желудочных ферментов. Как только капсула достигает тонкого кишечника, где уровень кислотно-щелочного баланса выше, чем в других отделах пищеварительного тракта, ее оболочка распадается, высвобождая микроиглы, сделанные из биологически растворимого материала. Эти микроиглы впиваются в стенку кишечника и выпускают лекарство, благодаря чему оно моментально попадает в мелкие кровеносные сосуды, пронизывающие слизистую тонкой кишки.

Последующее тестирование на свиньях показало, что уровни в крови инсулина, доставленного с помощью инновационных капсул с микроиглами, были идентичны тем, которые наблюдались после инъекций. Это свидетельствует о том, что поглощение лекарства происходит достаточно быстро для немедленного снижения уровня глюкозы. Кроме того, эксперименты показали, что развертывание рукавов происходило безопасно, и ни у одной свиньи не наблюдалось признаков кишечной непроходимости. Тесты также подтвердили отсутствие какого-либо риска перфорации кишечника как у свиней, так и в образцах слизистой оболочки кишечника человека, обработанных лекарством с использованием новой технологии доставки в экспериментальных условиях.

«Мы очень довольны последними результатами нового устройства для пероральной доставки, которое сотрудники нашей лаборатории разработали вместе с партнерами, – говорит исследователь Роберт Лангер. – И надеемся, что в будущем оно значительно облегчит жизнь людям с сахарным диабетом и другими заболеваниями».

Почему именно микроиглы

Мотивацией для ученых послужило негативное отношение к инъекциям со стороны как пациентов, так и медицинских работников. У таблеток и капсул масса преимуществ. Обычно их легко принимать, они могут храниться при более высоких температурах и не образуют биологически опасных отходов. Доставлять биологические препараты, содержащие белки, ферменты, нуклеиновые кислоты, гормоны или антитела, крайне желательно перорально. Но проблема в том, что чаще всего это большие молекулы, которые трудно всасываются клетками тонкого кишечника. Поэтому исследователи разработали капсулу для перорального приема, которую назвали раскрывающимся микроильгольным инжектором.

История микроигольных капсул

Ранее ученые, участвующие в текущем исследовании, уже помогали разрабатывать новые способы пероральной доставки лекарств, прежде требовавших инъекционного введения. Например, одна из предложенных ими лекарственных форм представляла собой таблетку с игольчатым покрытием, а другая – таблетку в форме звезды, которая разворачивается в желудке и находится там в течение нескольких недель, все это время высвобождая лекарственные вещества.

Еще одной инновацией стала капсула с крошечной иглой, сделанной из спрессованного инсулина. Она вводила инсулин непосредственно в слизистую оболочку желудка сразу, как только оказывалась в нем. Именно эта разработка и вдохновила ученых на текущее исследование, в ходе которого они нашли способ доставлять лекарственный препарат непосредственно в слизистую тонкого кишечника.

Максимальное всасывание большинства лекарств происходит именно в этой части пищеварительной системы благодаря обширной площади размером 250 квадратных метров, которую обеспечивает уникальное строение тонкого кишечника. Как отмечают исследователи, в этом органе также отсутствуют болевые рецепторы, благодаря чему пациент не чувствует дискомфорта от микроинъекций.

Структура капсулы

Капсула покрыта полимером, способным противостоять сильнокислотной среде желудка (где уровень pH колеблется от 1,5 до 3,5). Как только она проходит через отверстие привратника желудка и попадает в тонкий кишечник, она разворачивается под действием более высокого pH – около 6. В результате все три рукава, находящиеся внутри в свернутом виде, раскрываются.

На каждом рукаве находятся микроиглы, содержащиеся на специальных накладках длиной всего один миллиметр. Эти микроиглы могут содержать белковое лекарственное средство. Сила, с которой происходит раскрытие рукавов, заставляет микроиглы проникать в самый поверхностный слой тонкой кишки, позволяя им медленно растворяться и высвобождать лекарство. Ее также хватает, чтобы быстро и надежно внедрять микроиглы в слизистую кишечника так, чтобы они крепко прилипали, но при этом распадались медленно – в течение нескольких часов, не вызывая закупорки. Остатки растворившихся рукавов затем самостоятельно покидают пищеварительный тракт.

Ученые точно рассчитали силу проникновения игл, чтобы обеспечить нужную глубину контакта. «Мы провели многочисленные испытания безопасности на тканях животных и человека, чтобы гарантировать, что проникновение игл позволяет доставить лекарство, не вызывая перфорацию кишечной стенки на всю толщину или каких-либо других серьезных побочных эффектов», – говорит Алекс Абрамсон, один из авторов исследования.

Выводы

«Это большой прорыв», – комментирует результаты исследования эксперт Дэвид Путман, называя предложенный способ доставки белковых препаратов «святым Граалем лекарственной доставки». Предварительные испытания подтверждают жизнеспособность концепции и указывают на то, что воплотить ее в жизнь будет несложно. Несмотря на то, что в исследовании использовался инсулин, предложенным способом можно будет доставлять и другие гормоны, ферменты и антитела, не говоря уже о лекарствах, основанных на РНК. То же самое касается и вакцин для перорального применения.