I farmaci devono essere somministrati nella parte corretta del corpo e a volte il modo migliore per farlo è usare un ago. Ma la ricerca ha dimostrato che i farmaci ingeribili sono spesso preferiti agli aghi. Quindi un team di ricercatori ha creato una nuova capsula che può essere ingerita e può quindi iniettare una dose di farmaco nei tessuti all’interno del corpo, usando getti calibrati con precisione.
Un dispositivo ispirato ai calamari per la somministrazione di farmaci senza aghi
Ispirandosi alla capacità dei calamari di sparare inchiostro, un team di ricercatori ha sviluppato dispositivi deglutibili che possono erogare piccoli getti di farmaci direttamente nel rivestimento intestinale, aggirando la necessità di aghi. Studi precedenti hanno dimostrato che la maggior parte delle persone preferisce assumere i farmaci sotto forma di pillola, piuttosto che tramite iniezione, ma molti farmaci vengono degradati durante il passaggio attraverso il sistema digerente. I nuovi dispositivi deglutibili del team superano questo problema e erogano i farmaci direttamente dove devono essere. Finora, questo approccio ha dimostrato efficacia nei modelli animali, ma è necessario lavorare ulteriormente per garantirne la sicurezza negli esseri umani.
In uno studio recente pubblicato su Nature, un team di ricerca guidato da scienziati del Massachusetts Institute of Technology e della Novo Nordisk ha esplorato un nuovo sistema microjet senza aghi per somministrare i farmaci direttamente nel tratto gastrointestinale.
Ispirati dal sistema di propulsione a getto dei cefalopodi, questi dispositivi sono stati progettati per somministrare in modo efficiente macromolecole come l’insulina e l’acido ribonucleico (RNA) tramite getti precisi e ad alta pressione nel tratto gastrointestinale, migliorando potenzialmente l’assorbimento del farmaco e risolvendo le sfide associate ai tradizionali metodi di somministrazione basati su iniezione.
Sfondo
La somministrazione di farmaci per macromolecole è dipesa da iniezioni con ago, il che solleva questioni come la necessità di formazione medica, il rischio di lesioni correlate all’ago e la sfida di smaltire oggetti taglienti. Di recente, lo sviluppo di dispositivi ingeribili ha offerto un’alternativa conveniente, migliorando potenzialmente la compliance del paziente.
Tuttavia, gli attuali dispositivi di somministrazione orale hanno difficoltà a somministrare in modo efficace molecole di grandi dimensioni, come le proteine, a causa della loro vulnerabilità alla degradazione digestiva. Molti sistemi orali non riescono inoltre a raggiungere livelli di biodisponibilità paragonabili a quelli delle iniezioni sottocutanee. Inoltre, sebbene i dispositivi robotici e autonomi abbiano mostrato un certo successo con la somministrazione di farmaci auto-diretti e senza aghi, questi metodi sono rimasti ampiamente inesplorati per le applicazioni gastrointestinali.
Informazioni sullo studio
In questo studio, ispirato dai meccanismi di propulsione naturale osservati nei cefalopodi, i ricercatori hanno mirato a sviluppare un approccio di somministrazione di farmaci basato su getto per migliorare la somministrazione sicura ed efficace di grandi molecole nei tessuti gastrointestinali. Hanno sviluppato e testato una serie di dispositivi microjet (sistemi MiDe) progettati per somministrare farmaci direttamente nel tratto gastrointestinale.
Sono state create quattro configurazioni di dispositivi: due versioni autonome e auto-attivanti (MiDeRadAuto e MiDeAxAuto) e due versioni compatibili con guida endoscopica (MiDeRadEndo e MiDeAxEndo). Inoltre, l’orientamento di ciascun dispositivo è stato ottimizzato per sezioni specifiche del tratto gastrointestinale. I modelli radiali sono stati progettati per colpire strutture tubulari come l’intestino tenue, mentre i modelli assiali erano adatti per aree più ampie nello stomaco.
I dispositivi sono stati inizialmente calibrati in laboratorio tramite studi in vitro ed ex vivo . Durante questi test, i ricercatori hanno variato il diametro dell’ugello, la pressione di ingresso e l’angolo del getto per determinare le condizioni ottimali per una penetrazione efficace nei tessuti.
Le prove ex vivo su tessuto gastrointestinale suino hanno misurato la profondità di erogazione del fluido e la distribuzione negli strati di tessuto utilizzando la tomografia computerizzata (TC) per visualizzare la diffusione del fluido. Dopo questi test, i ricercatori hanno messo a punto la pressione del dispositivo e le dimensioni dell’ugello per produrre getti ad alta pressione adatti a diverse regioni gastrointestinali.
Inoltre, negli studi in vivo, i dispositivi MiDe hanno somministrato agenti terapeutici quali insulina, analoghi del peptide 1 simile al glucagone (GLP-1) e piccoli RNA interferenti (siRNA) in siti gastrointestinali specifici in suini e cani. Successivamente, i ricercatori hanno raccolto campioni di sangue a intervalli regolari per misurare la biodisponibilità sistemica.
Inoltre, è stata utilizzata l’imaging ad alta velocità per catturare la dinamica del getto, consentendo ai ricercatori di valutare la stabilità e il rinculo del dispositivo. Sono stati inoltre condotti test di sicurezza e precisione per confermare l’idoneità del dispositivo all’uso nel tratto gastrointestinale senza causare effetti avversi o danni ai tessuti circostanti.
Risultati
I ricercatori hanno dimostrato che i dispositivi MiDe hanno migliorato significativamente la somministrazione e la biodisponibilità delle macromolecole nel tratto gastrointestinale. I dispositivi hanno raggiunto un elevato assorbimento sistemico per insulina, analoghi del GLP-1 e siRNA, con prestazioni paragonabili alle iniezioni sottocutanee.
Nello specifico, il dispositivo endoscopico radiale (MiDeRadEndo) ha somministrato GLP-1 con una biodisponibilità del 67% nell’intestino di maiale, mentre il dispositivo endoscopico assiale (MiDeAxEndo) ha raggiunto una biodisponibilità dell’82% per siRNA nello stomaco. I dispositivi autonomi, MiDeRadAuto e MiDeAxAuto, hanno dimostrato rispettivamente una biodisponibilità del 31% e del 23% per l’insulina nei maiali.
I risultati hanno mostrato che la biodisponibilità era influenzata da fattori quali l’angolo del getto, la distanza dal tessuto e il livello di pressione. È stata osservata una diminuzione del 40% nell’efficienza di erogazione volumetrica (VDE) quando l’angolo del getto raggiungeva i 45° rispetto al tessuto.
Inoltre, mentre il design auto-orientante di MiDeAxAuto ha consentito un posizionamento stabile nello stomaco, è stato osservato che MiDeRadAuto mantiene un orientamento coassiale nell’intestino nonostante una certa variabilità dovuta al movimento dell’animale. L’analisi istologica ha anche confermato che i getti hanno rilasciato agenti terapeutici in profondità negli strati di tessuto bersaglio senza causare danni.
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Conclusioni
Nel complesso, i risultati hanno dimostrato che i sistemi MiDe senza ago e basati su microjet per la somministrazione di farmaci nel tratto gastrointestinale hanno raggiunto livelli di biodisponibilità simili alle iniezioni sottocutanee, mirando in modo sicuro ed efficace a specifiche regioni gastrointestinali. Questi risultati hanno indicato che la piattaforma MiDe potrebbe essere utilizzata per far progredire la tecnologia di somministrazione orale di farmaci, rendendo fattibile la somministrazione di terapie macromolecolari direttamente nel tratto gastrointestinale.
Fonte: Nature
