Les ingénieurs du MIT ont conçu une nouvelle façon de livrer certains médicaments à des doses plus élevées avec moins de douleur, en les injectant comme une suspension de minuscules cristaux. Une fois sous la peau, les cristaux s'assemblent en un «dépôt» de médicament qui pourrait durer des mois ou des années, éliminant le besoin d'injections de médicaments fréquents.
Cette approche pourrait s'avérer utile pour fournir des contraceptifs durables ou d'autres médicaments qui doivent être administrés pendant de longues périodes. Parce que les médicaments sont dispersés dans une suspension avant l'injection, ils peuvent être administrés par une aiguille étroite qui est plus facile à tolérer pour les patients.
Nous avons montré que nous pouvons avoir une livraison très contrôlée et soutenue, probablement pendant plusieurs mois et même des années grâce à une petite aiguille. «
Giovanni Traverso, professeur agrégé de génie mécanique au MIT, gastro-entérologue au Brigham and Women's Hospital (BWH), membre associé du Broad Institute, et auteur principal de l'étude
Les auteurs principaux de l'article, qui apparaît aujourd'hui dans Génie chimique de la naturesont l'ancien MIT et BWH Postdoc Vivian Feig, qui est maintenant professeur adjoint de génie mécanique à l'Université de Stanford; Le parc Sanghyun du MIT diplômé du MIT; et Pier Rivano, un ancien boursier de recherche invité dans le laboratoire de Traverso.
Injections plus faciles
Ce projet a commencé dans le cadre d'un effort financé par la Fondation Gates pour étendre les options de contraceptif, en particulier dans les pays en développement.
« L'objectif primordial est de donner aux femmes l'accès à de nombreux formats différents pour la contraception facile à administrer, compatible avec l'utilisation dans le monde en développement et a une gamme de délais différents de durée d'action », explique Feig. « Dans notre projet particulier, nous étions intéressés à essayer de combiner les avantages des implants à longue durée d'action avec la facilité d'injectables auto-administrables. »
Il y a des suspensions injectables commercialisées disponibles aux États-Unis et dans d'autres pays, mais ces médicaments sont dispersés dans les tissus après l'injection, donc ils ne fonctionnent que pendant environ trois mois. D'autres produits injectables ont été développés qui peuvent former des dépôts durables sous la peau, mais ceux-ci nécessitent généralement l'ajout de polymères précipités qui peuvent représenter 23 à 98% de la solution en poids, ce qui peut rendre le médicament plus difficile à injecter.
L'équipe MIT et BWH voulait créer une formulation qui pourrait être injectée par une aiguille à petite calibre et durer au moins six mois et jusqu'à deux ans. Ils ont commencé à travailler avec un médicament contraceptif appelé lévonorgestrel, une molécule hydrophobe qui peut former des cristaux. L'équipe a découvert que la suspension de ces cristaux dans un solvant organique particulier a provoqué une assemblage des cristaux en un implant très compact après injection. Parce que ce dépôt pourrait se former sans avoir besoin de grandes quantités de polymère, la formulation du médicament pourrait encore être facilement injectée par une aiguille à calibre étroite.
Le solvant, le benzoate benzyle, est biocompatible et a déjà été utilisé comme additif aux médicaments injectables. L'équipe a constaté que la mauvaise capacité du solvant à se mélanger avec des fluides biologiques est ce qui permet aux cristaux de médicament solides de s'auto-assembler dans un dépôt sous la peau après l'injection.
« Le solvant est essentiel car il vous permet d'injecter le liquide à travers une petite aiguille, mais une fois en place, les cristaux s'auto-assemblent dans un dépôt de médicament », explique Traverso.
En modifiant la densité du dépôt, les chercheurs peuvent régler la vitesse à laquelle les molécules de médicament sont libérées dans le corps. Dans cette étude, les chercheurs ont montré qu'ils pouvaient changer la densité en ajoutant de petites quantités d'un polymère tel que la polycaprolactone, un polyester biodégradable.
« En incorporant une très petite quantité de polymères – moins de 1,6% en poids – nous pouvons moduler le taux de libération du médicament, prolongeant sa durée tout en maintenant l'injectabilité. Cela démontre l'impressionnabilité de notre système, qui peut être conçu pour s'adapter à une gamme plus large de besoins contraceptifs ainsi que des régimes de dosage sur mesure pour d'autres applications thérapeutiques », explique Park.
Dépôts de médicaments stables
Les chercheurs ont testé leur approche en injectant la solution de médicament par voie sous-cutanée chez le rat et ont montré que les dépôts de médicament pouvaient rester stables et libérer un médicament progressivement pendant trois mois. Après la fin de l'étude de trois mois, environ 85% du médicament est resté dans les dépôts, ce qui suggère qu'ils pourraient continuer à libérer les médicaments pendant une période beaucoup plus longue.
« Nous prévoyons que les dépôts pourraient durer plus d'un an, en fonction de notre post-analyse des données précliniques. Des études de suivi sont en cours pour valider davantage leur efficacité au-delà de cette preuve de concept initiale », explique Park.
Une fois que les dépôts de médicament se forment, ils sont suffisamment compacts pour être récupérables, permettant l'élimination chirurgicale si le traitement doit être interrompu avant la libération du médicament.
Cette approche pourrait également se prêter à la livraison de médicaments pour traiter les conditions neuropsychiatriques ainsi que le VIH et la tuberculose, selon les chercheurs. Ils s'orientent maintenant vers l'évaluation de sa traduction en humains en menant des études précliniques avancées pour évaluer l'auto-assemblage dans un environnement cutané plus pertinent cliniquement. « Il s'agit d'un système très simple en ce qu'il s'agit essentiellement d'un solvant, du médicament, et ensuite vous pouvez ajouter un peu de polymère bioresorbable. Nous considérons maintenant quelles indications allons-nous après: est-ce la contraception? Est-ce d'autres? », Dit-ce que nous commençons à examiner dans le cadre des prochaines étapes vers la traduction des humains « , dit Travero.
La recherche a été financée, en partie, par la Gates Foundation, la professeure de développement de carrière Karl Van Tassel, le MIT Department of Mechanical Engineering, une bourse postdoctorale de Schmidt Science Fellows, le Rhodes Trust, une bourse de la Takeda Fellowship.
