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2022-09-29Rompiendo la barrera del moco

MIT |Una cápsula que hace un túnel a través de la mucosidad en el tracto GI podría usarse para administrar por vía oral medicamentos de proteínas grandes como la insulina.

Una de las razones por las que es tan difícil administrar por vía oral medicamentos de proteínas grandes es que estos medicamentos no pueden atravesar la barrera mucosa que recubre el tracto digestivo. Esto significa que la insulina y la mayoría de los demás "fármacos biológicos" (fármacos que consisten en proteínas o ácidos nucleicos) deben inyectarse o administrarse en un hospital. 

Una nueva cápsula de fármaco desarrollada en el MIT podría algún día reemplazar esas 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 desplazar la mucosidad, podemos maximizar la dispersión del fármaco dentro de un área local y mejorar la absorción tanto de moléculas pequeñas como de macromoléculas", dice Giovanni Traverso, profesor asistente de desarrollo profesional Karl van Tassel de Ingeniería Mecánica en el MIT y gastroenterólogo. en el Brigham and Women´s Hospital.

En un estudio que aparece hoy en Science Robotics, los investigadores demostraron que podrían 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 miembro 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.

Para superar esos 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 agitarse a través de la mucosidad y la limpian”.

La cápsula “RoboCap”, que tiene el tamaño aproximado de un multivitamínico, transporta su carga de fármaco en un pequeño depósito en un extremo y lleva las características de túnel en su cuerpo principal y superficie. La cápsula está recubierta con gelatina que se puede ajustar 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 la cápsula a hacer un túnel en el moco y desplazarlo. La cápsula también está cubierta con pequeños tacos que eliminan la mucosidad, de forma similar a la acción de un cepillo de dientes.

El movimiento giratorio también ayuda a erosionar el compartimento que transporta la droga, que se libera gradualmente en el tracto digestivo.

“Lo que hace 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 en 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 que la cápsula pasara, y también observaron que la capa de mucosidad se reforma a las pocas horas de ser desplazada por la cápsula.

Otro enfoque que algunos investigadores han utilizado para mejorar la administración oral de medicamentos es administrarlos junto con medicamentos adicionales que les ayuden a atravesar el 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 potenciadores químicos funcionan preferentemente con ciertas moléculas de fármacos”, dice. "El uso de métodos mecánicos de administración puede potencialmente permitir que más medicamentos tengan una mejor absorción".

Si bien la cápsula utilizada en este estudio liberó su carga útil en el intestino delgado, también podría usarse para atacar el estómago o el colon al cambiar el pH al que se disuelve el recubrimiento de gelatina. Los investigadores también planean explorar la posibilidad de administrar otros fármacos 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 los medicamentos en el tejido 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.

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