בהשראת האופן שבו דיונונים משתמשים בסילונים כדי להניע את עצמם דרך האוקיינוס ולירות ענני דיו, חוקרים מ-MIT ומנובו נורדיסק פיתחו קפסולה ניתנת לבליעה המשחררת פרץ של תרופות ישירות לדופן הקיבה או איברים אחרים של מערכת העיכול. .
כמוסה זו יכולה להציע דרך חלופית לספק תרופות שבדרך כלל יש להזריק, כגון אינסולין וחלבונים גדולים אחרים, כולל נוגדנים. אסטרטגיה נטולת מחטים זו יכולה לשמש גם להעברת RNA, כחיסון או כמולקולה טיפולית לטיפול בסוכרת, השמנת יתר והפרעות מטבוליות אחרות.
אחד האתגרים ארוכי השנים שחקרנו הוא פיתוח מערכות המאפשרות מתן פומי של מקרומולקולות שבדרך כלל דורשות זריקה. עבודה זו מייצגת את אחת ההתקדמות העיקריות הבאות בהתקדמות זו."
ג'ובאני טרוורסו, מנהל המעבדה להנדסה מתרגמת ופרופסור חבר להנדסת מכונות ב-MIT, גסטרואנטרולוג בבית החולים בריגהם אנד נשים, חבר שותף במכון ברוד ומחבר בכיר של המחקר
טרוורסו ותלמידיו ב-MIT פיתחו את הקפסולה החדשה יחד עם חוקרים בבית החולים Brigham and Women's ו-Novo Nordisk. המדענים של גרהם אריק SM '20 ונובו נורדיסק דראגו סטיקר ואגיאד גזאל הם המחברים הראשיים של המאמר, המופיע היום ב טֶבַע.
בהשראת צפלפודים
תרופות המורכבות מחלבונים גדולים או RNA בדרך כלל אינן יכולות להילקח דרך הפה מכיוון שהן מתפרקות בקלות במערכת העיכול. במשך מספר שנים, המעבדה של טרוורסו עובדת על דרכים למתן תרופות כאלה דרך הפה על ידי כיסום אותן במכשירים קטנים המגינים על התרופות מפני פירוק ולאחר מכן מזריקים אותן ישירות לרירית מערכת העיכול.
רוב הקפסולות הללו משתמשות במחט קטנה או בסט של מיקרו-מחטים כדי לספק תרופות ברגע שהמכשיר מגיע למערכת העיכול. במחקר החדש, טרברסו ועמיתיו רצו לחקור דרכים להעביר את המולקולות הללו ללא כל סוג של מחט, מה שיכול להפחית את האפשרות של כל נזק לרקמה.
כדי להשיג זאת, הם לקחו השראה מצפלופודים. דיונונים ותמנונים יכולים להניע את עצמם על ידי מילוי חלל המעטפת שלהם במים, ואז לגרש אותם במהירות דרך הסיפון שלהם. על ידי שינוי כוח הוצאת המים והפניית הסיפון לכיוונים שונים, בעלי החיים יכולים לשלוט במהירות ובכיוון הנסיעה שלהם. איבר הסיפון גם מאפשר לצפלופודים לירות סילוני דיו, ויוצרים ענני פיתוי כדי להסיח את דעתם של טורפים.
החוקרים מצאו שתי דרכים לחקות את פעולת הסילון הזו, באמצעות פחמן דו חמצני דחוס או קפיצים מפותלים היטב כדי ליצור את הכוח הדרוש להנעת תרופות נוזליות מהקפסולה. הגז או הקפיץ נשמרים במצב דחוס על ידי טריגר פחמימות, שנועד להתמוסס בעת חשיפה ללחות או לסביבה חומצית כמו הקיבה. כאשר ההדק מתמוסס, נותנים לגז או לקפיץ להתרחב, ולהניע סילון של תרופות החוצה מהקפסולה.
בסדרת ניסויים באמצעות רקמות ממערכת העיכול, חישבו החוקרים את הלחצים הדרושים להוצאת התרופות בכוח מספיק כדי שהן יחדרו לרקמה התת-רירית ויצטברו שם, ויצרו מחסן שישחרר תרופות אל הרקמה.
"מלבד ביטול החדות, יתרון פוטנציאלי נוסף של סילוני עמודים בעלי מהירות גבוהה הוא החוסן שלהם לבעיות לוקליזציה. בניגוד למחט קטנה, שצריכה להיות במגע אינטימי עם הרקמה, הניסויים שלנו הצביעו על כך שסילון עשוי להיות מסוגל לספק את רוב המנה ממרחק או בזווית קלה", אומר אריק.
החוקרים גם תכננו את הקפסולות כך שיוכלו לכוון לחלקים שונים של מערכת העיכול. גרסה אחת של הקפסולה, בעלת תחתית שטוחה וכיפה גבוהה, יכולה לשבת על משטח, כגון רירית הקיבה, ולפלוט את התרופה כלפי מטה לתוך הרקמה. הקפסולה הזו, שנוצרה בהשראת מחקרים קודמים מהמעבדה של טרוורסו על קפסולות מכוונות עצמיות, היא בערך בגודל של אוכמניות ויכולה לשאת 80 מיקרוליטר של תרופה.
לגרסה השנייה יש צורה דמוית צינור המאפשרת לה להתיישר בתוך איבר צינורי ארוך כמו הוושט או המעי הדק. במקרה זה, התרופה נפלטת החוצה לכיוון הקיר הצדדי, ולא כלפי מטה. גרסה זו יכולה לספק 200 מיקרוליטר של תרופה.
הקפסולות עשויות מתכת ופלסטיק, יכולות לעבור דרך מערכת העיכול ומופרשות לאחר שחרור מטען התרופות שלהן.
מתן תרופות ללא מחטים
בניסויים בבעלי חיים, החוקרים הראו שהם יכולים להשתמש בכמוסות הללו כדי לספק אינסולין, אגוניסט לקולטן GLP-1 הדומה לתרופת הסוכרת Ozempic, וסוג של RNA שנקרא RNA מתערב קצר (siRNA). ניתן להשתמש בסוג זה של RNA כדי להשתיק גנים, מה שהופך אותו לשימושי פוטנציאלי בטיפול בהפרעות גנטיות רבות.
הם גם הראו כי ריכוז התרופות בזרם הדם של החיות הגיע לרמות באותו סדר גודל כמו אלו שנראו כאשר התרופות הוזרקו במזרק.
החוקרים מדמיינים שהקפסולה הניתנת לבליעה יכולה לשמש בבית חולים שצריכים ליטול אינסולין או תרופות אחרות המוזרקות לעתים קרובות. בנוסף להקלה על מתן התרופות, במיוחד עבור חולים שאינם אוהבים מחטים, גישה זו גם מבטלת את הצורך להיפטר ממחטים חדות. החוקרים גם יצרו ובחנו גרסה של המכשיר שניתן לחבר לאנדוסקופ, מה שמאפשר לרופאים להשתמש בו בחדר אנדוסקופיה או בחדר ניתוח כדי להעביר תרופות לחולה.
החוקרים לא זיהו נזק לרקמות שנגרם כתוצאה משחרור התרופה. כעת הם מתכננים להמשיך ולפתח את הקפסולות, בתקווה לבחון אותן בבני אדם.
המחקר מומן על ידי נובו נורדיסק, מועצת המחקר למדעי הטבע וההנדסה של קנדה, מחלקת הנדסת מכונות של MIT, Brigham and Women's Hospital, והסוכנות לפרויקטי מחקר מתקדמים לבריאות.
