Cápsula ingerível pode bombear medicamentos diretamente nas paredes do trato gastrointestinal

Inspirados na forma como as lulas usam jatos para se impulsionarem através do oceano e dispararem nuvens de tinta, pesquisadores do MIT e da Novo Nordisk desenvolveram uma cápsula ingerível que libera uma explosão de drogas diretamente na parede do estômago ou em outros órgãos do trato digestivo. .

Esta cápsula poderia oferecer uma forma alternativa de administrar medicamentos que normalmente precisam ser injetados, como insulina e outras proteínas grandes, incluindo anticorpos. Esta estratégia sem agulha também poderia ser usada para entregar RNA, seja como vacina ou como molécula terapêutica para tratar diabetes, obesidade e outros distúrbios metabólicos.

“Um dos desafios de longa data que temos explorado é o desenvolvimento de sistemas que permitam a administração oral de macromoléculas que geralmente requerem a administração de uma injeção. Este trabalho representa um dos próximos grandes avanços nessa progressão”, diz Giovanni Traverso. , diretor do Laboratório de Engenharia Translacional e professor associado de engenharia mecânica no MIT, gastroenterologista do Brigham and Women’s Hospital, membro associado do Broad Institute e autor sênior do estudo.

Traverso e seus alunos do MIT desenvolveram a nova cápsula junto com pesquisadores do Brigham and Women’s Hospital e da Novo Nordisk. Graham Arrick SM e os cientistas da Novo Nordisk Drago Sticker e Aghiad Ghazal são os principais autores do artigo, que aparece em Natureza.

Inspirado nos cefalópodes

Medicamentos que consistem em grandes proteínas ou RNA normalmente não podem ser tomados por via oral porque são facilmente decompostos no trato digestivo. Durante vários anos, o laboratório de Traverso tem trabalhado em maneiras de administrar esses medicamentos por via oral, encapsulando-os em pequenos dispositivos que protegem os medicamentos da degradação e depois injetando-os diretamente no revestimento do trato digestivo.

A maioria dessas cápsulas usa uma pequena agulha ou um conjunto de microagulhas para administrar os medicamentos assim que o dispositivo chega ao trato digestivo. No novo estudo, Traverso e seus colegas queriam explorar formas de entregar essas moléculas sem qualquer tipo de agulha, o que poderia reduzir a possibilidade de qualquer dano ao tecido.

Para conseguir isso, eles se inspiraram nos cefalópodes. Lulas e polvos podem se impulsionar enchendo a cavidade do manto com água e expelindo-a rapidamente através do sifão.

Ao alterar a força de expulsão da água e apontar o sifão em diferentes direções, os animais podem controlar a velocidade e a direção do deslocamento. O órgão sifão também permite que os cefalópodes disparem jatos de tinta, formando nuvens iscas para distrair os predadores.

Os pesquisadores descobriram duas maneiras de imitar essa ação de jato, usando dióxido de carbono comprimido ou molas bem enroladas para gerar a força necessária para impulsionar os medicamentos líquidos para fora da cápsula.

O gás ou mola é mantido em estado comprimido por um gatilho de carboidrato, que é projetado para se dissolver quando exposto à umidade ou a um ambiente ácido, como o estômago. Quando o gatilho se dissolve, o gás ou a mola podem se expandir, impulsionando um jato de droga para fora da cápsula.

Em uma série de experimentos utilizando tecidos do trato digestivo, os pesquisadores calcularam as pressões necessárias para expelir os medicamentos com força suficiente para que penetrassem no tecido submucoso e ali se acumulassem, criando um depósito que então liberaria os medicamentos no tecido.

“Além da eliminação de objetos cortantes, outra vantagem potencial dos jatos colunares de alta velocidade é sua robustez para problemas de localização. Em contraste com uma agulha pequena, que precisa ter contato íntimo com o tecido, nossos experimentos indicaram que um jato pode ser capaz para administrar a maior parte da dose à distância ou em um pequeno ângulo”, diz Arrick.

Os pesquisadores também projetaram as cápsulas para que possam atingir diferentes partes do trato digestivo. Uma versão da cápsula, que tem fundo plano e cúpula alta, pode assentar sobre uma superfície, como o revestimento do estômago, e ejetar o medicamento para baixo no tecido. Esta cápsula, inspirada em pesquisas anteriores do laboratório de Traverso sobre cápsulas auto-orientadas, tem aproximadamente o tamanho de um mirtilo e pode conter 80 microlitros do medicamento.

A segunda versão tem formato de tubo que permite alinhar-se dentro de um longo órgão tubular, como o esôfago ou o intestino delgado. Nesse caso, a droga é ejetada em direção à parede lateral, e não para baixo. Esta versão pode fornecer 200 microlitros de medicamento.

Feitas de metal e plástico, as cápsulas podem passar pelo trato digestivo e são excretadas após liberarem a carga útil do medicamento.

Entrega de medicamentos sem agulhas

Em testes em animais, os pesquisadores mostraram que poderiam usar essas cápsulas para administrar insulina, um agonista do receptor GLP-1 semelhante ao medicamento para diabetes Ozempic, e um tipo de RNA chamado RNA de interferência curto (siRNA). Este tipo de RNA pode ser usado para silenciar genes, tornando-o potencialmente útil no tratamento de muitas doenças genéticas.

Eles também mostraram que a concentração das drogas na corrente sanguínea dos animais atingiu níveis da mesma ordem de grandeza daqueles observados quando as drogas foram injetadas com uma seringa.

Os pesquisadores prevêem que a cápsula ingerível possa ser usada em casa por pacientes que precisam tomar insulina ou outros medicamentos injetáveis ​​com frequência. Além de facilitar a administração de medicamentos, principalmente para pacientes que não gostam de agulhas, essa abordagem também elimina a necessidade de descarte de agulhas cortantes.

Os pesquisadores também criaram e testaram uma versão do dispositivo que poderia ser acoplada a um endoscópio, permitindo que os médicos o utilizassem em uma sala de endoscopia ou sala de cirurgia para administrar medicamentos a um paciente.

Os pesquisadores não detectaram nenhum dano tecidual causado pela liberação do medicamento. Eles agora planejam desenvolver ainda mais as cápsulas, na esperança de testá-las em humanos.

Esta história foi republicada como cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisa, inovação e ensino do MIT.