En utilisant une propulsion à réaction inspirée du calmar, les chercheurs démontrent un système à microjet qui délivre des médicaments directement dans les tissus, ce qui correspond à l'efficacité des aiguilles traditionnelles.
Dans une étude récente publiée dans Natureune équipe de recherche dirigée par des scientifiques du Massachusetts Institute of Technology et de Novo Nordisk a exploré un nouveau système de microjet sans aiguille pour administrer des médicaments directement dans le tractus gastro-intestinal.
Inspirés du système de propulsion à réaction des céphalopodes, ces dispositifs ont été conçus pour administrer efficacement des macromolécules telles que l'insuline et l'acide ribonucléique (ARN) via des jets précis à haute pression dans le tractus gastro-intestinal, améliorant potentiellement l'absorption des médicaments et relevant les défis associés à l'injection traditionnelle. méthodes de livraison basées sur les services.
Sommaire
Arrière-plan
L'administration de médicaments pour les macromolécules dépendait d'injections à base d'aiguilles, ce qui soulève des problèmes tels que la nécessité d'une formation médicale, le risque de blessures liées aux aiguilles et le défi de l'élimination des objets tranchants. Ces derniers temps, le développement de dispositifs ingérables a offert une alternative pratique, améliorant potentiellement l'observance des patients.
Cependant, les dispositifs d'administration orale actuels ont du mal à administrer efficacement de grosses molécules, telles que des protéines, en raison de leur vulnérabilité aux troubles digestifs. De nombreux systèmes oraux ne parviennent pas non plus à atteindre des niveaux de biodisponibilité comparables à ceux des injections sous-cutanées. En outre, bien que les dispositifs robotisés et autonomes aient montré un certain succès en matière d’administration de médicaments autodirigée et sans aiguille, ces méthodes sont restées largement sous-explorées pour les applications gastro-intestinales.
À propos de l'étude
Dans cette étude, inspirée des mécanismes de propulsion naturels observés chez les céphalopodes, les chercheurs ont cherché à développer une approche d’administration de médicaments par jet pour améliorer l’administration sûre et efficace de grosses molécules dans les tissus gastro-intestinaux. Ils ont développé et testé une série de dispositifs à microjet (systèmes MiDe) conçus pour administrer des médicaments directement dans le tractus gastro-intestinal.
Quatre configurations d'appareils ont été créées : deux versions autonomes et auto-activantes (MiDeRadAuto et MiDeAxAuto) et deux versions compatibles avec le guidage endoscopique (MiDeRadEndo et MiDeAxEndo). De plus, l’orientation de chaque appareil a été optimisée pour des sections spécifiques du tractus gastro-intestinal. Les modèles radiaux ont été conçus pour cibler les structures tubulaires telles que l'intestin grêle, tandis que les modèles axiaux étaient adaptés à des zones plus larges de l'estomac.
Les appareils ont d'abord été calibrés en laboratoire grâce à in vitro et ex vivo études. Au cours de ces tests, les chercheurs ont fait varier le diamètre de la buse, la pression d'entrée et l'angle du jet afin de déterminer les conditions optimales pour une pénétration efficace dans les tissus.
Ex vivo les essais sur le tissu gastro-intestinal porcin ont mesuré la profondeur et la distribution du liquide dans les couches de tissus à l'aide de la tomodensitométrie (TDM) pour visualiser la propagation du liquide. Suite à ces tests, les chercheurs ont affiné la pression du dispositif et les dimensions de la buse pour produire des jets haute pression adaptés à différentes régions gastro-intestinales.
De plus, dans le in vivo Dans le cadre d’essais cliniques, les dispositifs MiDe ont administré des agents thérapeutiques tels que l’insuline, des analogues du peptide de type glucagon 1 (GLP-1) et des petits ARN interférents (ARNsi) dans des sites gastro-intestinaux spécifiques chez les porcs et les chiens. Par la suite, les chercheurs ont prélevé des échantillons de sang à intervalles réguliers pour mesurer la biodisponibilité systémique.
De plus, l’imagerie à grande vitesse a été utilisée pour capturer la dynamique du jet, permettant aux chercheurs d’évaluer la stabilité et le recul de l’appareil. Des tests de sécurité et de précision ont également été effectués pour confirmer l'adéquation du dispositif à une utilisation dans le tractus gastro-intestinal sans provoquer d'effets indésirables ni endommager les tissus environnants.
Résultats
Les chercheurs ont démontré que les dispositifs MiDe amélioraient considérablement la délivrance et la biodisponibilité des macromolécules dans le tractus gastro-intestinal. Les dispositifs ont atteint une absorption systémique élevée de l'insuline, des analogues du GLP-1 et du siARN, avec des performances comparables à celles des injections sous-cutanées.
Plus précisément, le dispositif endoscopique radial (MiDeRadEndo) a délivré du GLP-1 avec une biodisponibilité de 67 % dans les intestins de porc, tandis que le dispositif endoscopique axial (MiDeAxEndo) a atteint une biodisponibilité de 82 % pour les siARN dans l'estomac. Les dispositifs autonomes, MiDeRadAuto et MiDeAxAuto, ont démontré respectivement une biodisponibilité de 31 % et 23 % pour l'insuline chez le porc.
Les résultats ont montré que la biodisponibilité était influencée par des facteurs tels que l’angle du jet, la distance par rapport aux tissus et le niveau de pression. Une diminution de 40 % de l’efficacité de délivrance volumétrique (VDE) a été observée lorsque l’angle du jet atteignait 45° par rapport au tissu.
De plus, alors que la conception auto-orientée de MiDeAxAuto permettait un positionnement stable dans l’estomac, MiDeRadAuto maintenait une orientation coaxiale dans l’intestin malgré une certaine variabilité due au mouvement de l’animal. L'analyse histologique a également confirmé que les jets délivraient des agents thérapeutiques en profondeur dans les couches de tissus cibles sans causer de dommages.
Les dispositifs radiaux minimisent le recul grâce à une conception à double buse, ce qui améliore également la stabilité. De plus, les appareils ont démontré une sécurité et une stabilité fiables sur in vivo et ex vivo tests, suggérant que les systèmes MiDe peuvent délivrer de manière sûre et efficace de grosses molécules dans le tractus gastro-intestinal.
Conclusions
Dans l’ensemble, les résultats ont démontré que les systèmes MiDe sans aiguille et basés sur microjet pour l’administration de médicaments dans le tractus gastro-intestinal atteignaient des niveaux de biodisponibilité similaires à ceux des injections sous-cutanées tout en ciblant de manière sûre et efficace des régions gastro-intestinales spécifiques. Ces résultats indiquent que la plateforme MiDe pourrait être utilisée pour faire progresser la technologie d’administration de médicaments par voie orale, rendant possible l’administration de thérapies macromoléculaires directement dans le tractus gastro-intestinal.
