Инновационные альтернативы доставки лекарственных соединений
Разработка биомакромолекул существенно расширила возможности современных терапевтических технологий, во многом повысив эффективность лечения различных заболеваний. Однако ускоренная деградация таких молекулярных соединений и, как правило, замедленная их абсорбция в желудочно-кишечном тракте определяла необходимость их введения парентеральным путем. Тем не менее пероральное введение биологически активных препаратов представляло бы оптимальный вариант реализации системного поглощения лекарственных веществ.
В недавнем исследовании ученые Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology), США, и Гарвардской медицинской школы (Harvard Medical School), США, сообщили о разработке самоустанавливающегося самоориентирующегося аппликатора миллиметрового масштаба, способного автономно взаимодействовать с тканями желудочно-кишечного тракта с последующей доставкой активных лекарственных ингредиентов непосредственно через слизистую оболочку желудка, избегая перфорации тканей. Разработанные лекарственные капсулы могли бы применяться для целевой доставки пероральных доз инсулина, потенциально заменяя инъекции, в которых больные сахарным диабетом 2-го типа нуждаются ежедневно. Статья по материалам исследования опубликована в журнале «Science» 8 февраля 2019 г.
Мини-капсула для перорального введения инсулина
Пероральный путь введения лекарственных препаратов — наиболее простой, физиологичный и наименее инвазивный. Однако целый ряд биологически активных соединений, включая инсулин, подвергаются деградации при прохождении через желудочно-кишечный тракт. В своей работе ученые представили биологически нейтральный носитель, обладающий способностью самостоятельно переориентироваться из любой исходной позиции и абсорбироваться слизистой желудка. При этом срабатывание механизма декапсуляции обеспечивает активную доставку лекарственного средства.
В серии экспериментальных исследований in vivo у лабораторных животных авторами инновационной разработки была подтверждена безопасность применения капсульного аппликатора. Используя инсулин в качестве модельного лекарственного средства, ученым удалось продемонстрировать способность таких пероральных капсул обеспечивать уровни действующего лекарственного вещества в плазме крови, сопоставимые с теми, которые достигаются при подкожном введении биологически активного соединения. Представленный носитель содержит микроиглу сжатого инсулина, которая вводится после того, как капсула достигает желудка. В тестах на животных исследователи показали, что подобные капсулы обеспечивают доставку необходимых доз инсулина, позволяя снизить гликемию до уровней, сопоставимых с инъекционным введением биологического соединения. Также ученые продемонстрировали, что устройство может быть адаптировано для доставки других белковых препаратов.
Ранее авторским коллективом во главе с Джованни Траверсо (Giovanni Traverso) и Робертом Лангером (Robert Langer) разработаны таблетки, покрытые множеством микроигл, которые можно использовать для введения лекарств в слизистую оболочку желудка или тонкой кишки. Для новой капсулы исследователи видоизменили конструкцию, уменьшив число игл до одной, что препятствовало поступлению препарата в полость желудка, где он бы разрушался под воздействием соляной кислоты прежде, чем окажет какое-либо терапевтическое влияние. Кончик такой иглы представлен лиофилизированным сжатым инсулином за счет использования того же процесса, что и для изготовления таблеток с лекарственным веществом. Однако стержень иглы, который не входит в стенку желудка, выполнен из другого биоразлагаемого материала. Внутри капсулы игла прикреплена к сжатой пружине, которая удерживается на месте диском из сахара. Поэтому при проглатывании капсулы в жидкой среде желудка происходит растворение сахарного диска с последующим освобождением пружины и введением иглы в стенку желудка.
Практические перспективы терапии пациентов с сахарным диабетом
Слизистая оболочка желудка не имеет болевых рецепторов, поэтому исследователи считают, что пациенты не смогут почувствовать микроукол. Однако, чтобы гарантировать введение препарата непосредственно в стенку желудка, исследователи разработали капсульную микросистему таким образом, чтобы независимо от того, как капсула попадает в желудок, она обладала бы возможностью переориентации в динамической среде желудка для контакта иглы со слизистой оболочкой. При этом, как только кончик иглы вводится в стенку желудка, инсулин растворяется со скоростью, определяемой непосредственно при подготовке капсулы. Согласно результатам проведенного экспериментального наблюдения, необходимое для полного высвобождения инсулина в общий кровоток время составляло около 60 мин.
В тестах на лабораторных животных учеными показана возможность успешного введения около 300 мкг инсулина. Однако в последующих экспериментах исследователям удалось повысить дозу до 5 мг, что сравнимо с дозой препарата, необходимой для введения больному сахарным диабетом 2-го типа. В заключение, основываясь на результатах исследования, руководитель проекта, профессор Р. Лангер выразил надежду на то, что в обозримом будущем новый тип капсул сможет помочь больным сахарным диабетом и, возможно, каждому пациенту, нуждающемуся в терапии препаратами, которые в настоящее время можно вводить лишь парентерально.
- Abramson A., Caffarel-Salvador E., Khang M. et al. (2019) An ingestible self-orienting system for oral delivery of macromolecules. Science, 363(6427): 611–615. DOI: 10.1126/science.aau2277.
- Massachusetts Institute of Technology (2019) New pill can deliver insulin through the stomach. ScienceDaily, Feb. 7.
Наталья Савельева-Кулик
