L’une des raisons pour lesquelles il est si difficile d’administrer par voie orale des médicaments à grandes protéines est que ces médicaments ne peuvent pas traverser la barrière de mucus qui tapisse le tube digestif. Cela signifie que l’insuline et la plupart des autres « médicaments biologiques » – ; médicaments constitués de protéines ou d’acides nucléiques -; doivent être injectés ou administrés dans un hôpital.
Une nouvelle capsule de médicament développée au MIT pourrait un jour remplacer ces injections. La capsule a un capuchon robotique qui tourne et creuse un tunnel à travers la barrière de mucus lorsqu’elle atteint l’intestin grêle, permettant aux médicaments transportés par la capsule de passer dans les cellules tapissant l’intestin.
« En déplaçant le mucus, nous pouvons maximiser la dispersion du médicament dans une zone locale et améliorer l’absorption des petites molécules et des macromolécules », déclare Giovanni Traverso, professeur adjoint de développement de carrière Karl van Tassel en génie mécanique au MIT et gastro-entérologue. au Brigham and Women’s Hospital.
Dans une étude parue aujourd’hui dans Robotique scientifiqueles chercheurs ont démontré qu’ils pouvaient utiliser cette approche pour délivrer de l’insuline ainsi que de la vancomycine, un peptide antibiotique qui doit actuellement être injecté.
Shriya Srinivasan, chercheur affilié au Koch Institute for Integrative Cancer Research du MIT et chercheur junior à la Society of Fellows de l’Université de Harvard, est l’auteur principal de l’étude.
Tunneling à travers
Depuis plusieurs années, le laboratoire de Traverso développe des stratégies pour administrer des médicaments protéiques tels que l’insuline par voie orale. Il s’agit d’une tâche difficile car les médicaments protéiques ont tendance à être décomposés dans l’environnement acide du tube digestif, et ils ont également des difficultés à pénétrer la barrière de mucus qui tapisse le tube digestif.
Pour surmonter ces obstacles, Srinivasan a eu l’idée de créer une capsule protectrice qui comprend un mécanisme qui peut creuser un tunnel à travers le mucus, tout comme les tunneliers forent dans le sol et la roche.
« Je pensais que si nous pouvions creuser un tunnel à travers le mucus, alors nous pourrions déposer le médicament directement sur l’épithélium », dit-elle. « L’idée est que vous ingérez cette capsule et que la couche externe se dissolve dans le tube digestif, exposant toutes ces caractéristiques qui commencent à se déplacer dans le mucus et à le dégager. »
La capsule « RoboCap », qui a à peu près la taille d’une multivitamine, transporte sa charge utile de médicament dans un petit réservoir à une extrémité et porte les caractéristiques de tunnel dans son corps principal et sa surface. La capsule est recouverte de gélatine qui peut être réglée pour se dissoudre à un pH spécifique.
Lorsque le revêtement se dissout, le changement de pH déclenche un petit moteur à l’intérieur de la capsule RoboCap pour commencer à tourner. Ce mouvement aide la capsule à creuser un tunnel dans le mucus et à le déplacer. La capsule est également recouverte de petits clous qui éliminent le mucus, semblable à l’action d’une brosse à dents.
Le mouvement de rotation contribue également à éroder le compartiment qui transporte le médicament, qui est progressivement libéré dans le tube digestif.
« Ce que le RoboCap fait, c’est déplacer de manière transitoire la barrière de mucus initiale, puis améliorer l’absorption en maximisant la dispersion du médicament localement », explique Traverso. « En combinant tous ces éléments, nous maximisons vraiment notre capacité à fournir la situation optimale pour que le médicament soit absorbé. »
Livraison améliorée
Lors de tests sur des animaux, les chercheurs ont utilisé cette capsule pour administrer soit de l’insuline, soit de la vancomycine, un grand antibiotique peptidique utilisé pour traiter un large éventail d’infections, y compris les infections cutanées ainsi que les infections affectant les implants orthopédiques. Avec la capsule, les chercheurs ont découvert qu’ils pouvaient délivrer 20 à 40 fois plus de médicament qu’une capsule similaire sans le mécanisme de tunnellisation.
Une fois que le médicament est libéré de la capsule, la capsule elle-même traverse le tube digestif d’elle-même. Les chercheurs n’ont trouvé aucun signe d’inflammation ou d’irritation dans le tube digestif après le passage de la capsule, et ils ont également observé que la couche de mucus se reforme en quelques heures après avoir été déplacée par la capsule.
Une autre approche que certains chercheurs ont utilisée pour améliorer l’administration orale de médicaments consiste à leur donner des médicaments supplémentaires qui les aident à traverser le tissu intestinal. Cependant, ces activateurs ne fonctionnent souvent qu’avec certains médicaments. Parce que la nouvelle approche de l’équipe du MIT repose uniquement sur des perturbations mécaniques de la barrière muqueuse, elle pourrait potentiellement être appliquée à un ensemble plus large de médicaments, explique Traverso.
« Certains des activateurs chimiques fonctionnent préférentiellement avec certaines molécules médicamenteuses », dit-il. « L’utilisation de méthodes d’administration mécaniques peut potentiellement permettre à davantage de médicaments d’avoir une meilleure absorption. »
Bien que la capsule utilisée dans cette étude libère sa charge utile dans l’intestin grêle, elle pourrait également être utilisée pour cibler l’estomac ou le côlon en modifiant le pH auquel le revêtement de gélatine se dissout. Les chercheurs prévoient également d’explorer la possibilité de délivrer d’autres médicaments protéiques tels que l’agoniste des récepteurs GLP1, qui est parfois utilisé pour traiter le diabète de type 2. Les capsules pourraient également être utilisées pour délivrer des médicaments topiques pour traiter la colite ulcéreuse et d’autres états inflammatoires en maximisant la concentration locale des médicaments dans les tissus pour aider à traiter l’inflammation.
La recherche a été financée en partie par les National Institutes of Health et le Département de génie mécanique du MIT.
Les autres auteurs de l’article incluent Amro Alshareef, Alexandria Hwang, Zilianng Kang, Johannes Kuosmanen, Keiko Ishida, Joshua Jenkins, Sabrina Liu, Wiam Abdalla Mohammed Madani, Jochen Lennerz, Alison Hayward, Josh Morimoto, Nina Fitzgerald et Robert Langer.
