Покрытая крошечными иглами таблетка может доставлять лекарственные препараты прямо в слизистую оболочку пищеварительного тракта. Ученые полагают, что конец эры инъекций не за горами.

Имея возможность выбирать, большинство пациентов предпочитает принимать препараты внутрь и не терпеть боль от инъекций. К сожалению, многие лекарства, особенно на основе крупных белков, невозможно назначить в таблетках, потому что они разрушаются уже в желудке, то есть до того, как могут быть усвоены организмом.

Чтобы преодолеть это препятствие, ученые из Массачусетского технологического института (MIT) и Массачусетской общей больницы (Massachusetts General Hospital, MGH) изобрели оригинальную капсулу, покрытую крошечными иглами, которая после ее проглатывания может инъецировать лекарственные препараты непосредственно в слизистую оболочку желудка. Как показали исследования на животных, такая капсула доставляет инсулин более эффективно, чем подкожная инъекция. При этом при ее прохождении по пищеварительному тракту не наблюдалось никаких вредных побочных эффектов.

«Для пациентов это может быть способом избежать необходимости внутривенных инфузий или подкожных инъекций препаратов», – говорит Джованни Траверсо (Giovanni Traverso), научный сотрудник Института интегративных исследований рака Коха (Koch Institute for Integrative Cancer Research) MIT, гастроэнтеролог из MGH, один из ведущих авторов статьи, опубликованной в журнале Journal of Pharmaceutical Sciences.

Хотя исследователи тестировали свои капсулы на инсулине, они полагают, что наиболее полезными они будут для доставки биофармацевтических препаратов, таких как антитела, используемых для лечения рака и аутоиммунных заболеваний, например, артрита и болезни Крона. К этому же классу биопрепаратов относятся вакцины и рекомбинантные ДНК и РНК.

«Большой размер этих биологических препаратов делает их неусвояемыми. Не успевая усвоиться, они разрушаются в желудочно-кишечном тракте кислотами и ферментами, которые просто съедают эти молекулы и делают их неактивными», – объясняет Карл Шёлльхаммер (Carl Schöllhammer), аспирант в области химической инженерии, ведущий автор статьи.

Ученые пытаются разработать микро- и наночастицы, способные доставлять биопрепараты, но производство таких частиц весьма дорого, и каждый препарат требует разработки своей особой версии наноносителя.

Шёлльхаммер, Траверсо и их коллеги поставили своей целью разработать капсулу, способную стать платформой для доставки широкого спектра препаратов, предотвращающую их разрушение и инъецирующую свой полезный груз непосредственно в слизистую оболочку ЖКТ. Их пилотная акриловая модель (2 см длиной и 1 см в диаметре) содержит резервуар для препарата, покрытый полыми иглами из нержавеющей стали длиной около 5 миллиметров.

Анализ последствий случайного проглатывания пациентами острых предметов показал, что капсула, покрытая короткими иглами, безопасна. Так как в слизистой ЖКТ нет болевых рецепторов, пациенты не будут чувствовать боли от таких инъекций препаратов.

Схематическое изображение таблетки с полыми иглами. Когда такая таблетка достигает нужного места в пищеварительном тракте,
окружающее ее чувствительное к рН покрытие растворяется, позволяя препарату высвобождаться через микроиглы.
(Рис. Christine Daniloff/MIT, based on images by Carol Schoellhammer and Giovanni Traverso)

Чтобы проверить, является ли этот тип капсулы безопасным и эффективным средством доставки лекарств, исследователи протестировали его на свиньях. Чтобы пройти весь пищеварительный тракт, капсуле потребовалось больше недели, и исследователи не обнаружили никаких следов повреждения тканей, что подтверждает потенциальную безопасность их нового подхода.

Кроме того, они установили, что микроиглы успешно вводят инсулин в слизистую оболочку желудка, тонкого и толстого кишечника, вызывая падение уровня глюкозы в крови животных. Это изменение уровня глюкозы развивалось быстрее и было более выражено, чем при подкожном введении того же количества инсулина.

«Кинетика намного лучше и с намного более быстрым началом, чем при традиционном подкожном введении», – комментирует Траверсо. «Для молекул, которые усваиваются особенно трудно, это действительно будет гораздо более эффективным способом введения».

«Это очень интересный подход», – считает Самир Митраготри (Samir Mitragotri), профессор химической инженерии Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (University of California at Santa Barbara), не принимавший участия в этом исследовании. «Пероральная доставка лекарственных средств – большая проблема, особенно для белковых препаратов. Поиск в разных направлениях других путей доставки лекарств, без использования стандартных иглы и шприца, чрезвычайно актуален».

Этот подход может быть использован и для вакцин, которые обычно вводятся инъекционно, считают исследователи.

В ближайшей перспективе они планируют модифицировать капсулу так, чтобы при ее прохождении по ЖКТ происходило медленное выжимание препарата из капсулы под действием перистальтики (сокращений желудочно-кишечного тракта). Кроме того, они работают над капсулами с иглами из разлагаемых полимеров и сахаров, которые будут отделяться от капсулы, встраиваться в слизистую оболочку кишечника и медленно распадаться, высвобождая лекарство. Это еще в большей степени минимизирует тревогу по поводу безопасности.

Оригинальная статья

Microneedles for Drug Delivery via the Gastrointestinal Tract