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Un gruppo di ricerca guidato dal MIT ha sviluppato una capsula farmacologica che potrebbe essere utilizzata per somministrare dosi orali di insulina, sostituendo potenzialmente le iniezioni che le persone con diabete di tipo 1 devono donare ogni giorno.

Della dimensione di un mirtillo, la capsula contiene un piccolo ago fatto di insulina compressa, che viene iniettato dopo che la capsula raggiunge lo stomaco. Nei test sugli animali, i ricercatori hanno dimostrato che potevano fornire abbastanza insulina per abbassare lo zucchero nel sangue a livelli paragonabili a quelli prodotti da iniezioni somministrate attraverso la pelle. Hanno anche dimostrato che il dispositivo può essere adattato per fornire altri farmaci proteici.

“Siamo davvero fiduciosi che questo nuovo tipo di capsula possa un giorno aiutare i pazienti diabetici e forse chiunque richieda terapie che ora possono essere somministrate solo mediante iniezione o infusione”, afferma Robert Langer, professore del David H. Koch Institute, membro del MIT Koch Institute for Integrative Cancer Research e uno degli autori senior dello studio.

Giovanni Traverso, assistente professore presso il Brigham and Women’s Hospital, Harvard Medical School, e visiting scientist nel Dipartimento di ingegneria meccanica del MIT, dove è iscritto come membro della facoltà nel 2019, è anche un autore senior dello studio. Il primo autore dell’articolo, che appare nel numero del 7 febbraio di “Science”, è il dottorando del MIT Alex Abramson. Il gruppo di ricerca comprende anche scienziati della società farmaceutica Novo Nordisk.

Diversi anni fa Traverso, Langer ei loro colleghi hanno sviluppato una pillola rivestita con molti minuscoli aghi che potevano essere utilizzati per iniettare farmaci nel rivestimento dello stomaco o dell’intestino tenue. Per la nuova capsula, i ricercatori hanno cambiato il disegno in modo da avere un solo ago, permettendo loro di evitare l’iniezione di droghe all’interno dello stomaco, dove sarebbero stati analizzati dagli acidi dello stomaco prima di avere alcun effetto.

La punta dell’ago è costituita da quasi 100% di insulina liofilizzata compressa, utilizzando lo stesso processo utilizzato per formare compresse di medicinale. L’asta dell’ago, che non entra nella parete dello stomaco, è costituita da un altro materiale biodegradabile.

All’interno della capsula, l’ago è attaccato ad una molla compressa che è tenuta in posizione da un disco fatto di zucchero. Quando la capsula viene ingerita, l’acqua nello stomaco scioglie il disco di zucchero, rilasciando la molla e iniettando l’ago nella parete dello stomaco.

La parete dello stomaco non ha recettori del dolore, quindi i ricercatori ritengono che i pazienti non sarebbero in grado di sentire l’iniezione. Per garantire che il farmaco venga iniettato nella parete dello stomaco, i ricercatori hanno progettato il loro sistema in modo che, indipendentemente da come la capsula atterra nello stomaco, può orientarsi in modo che l’ago sia in contatto con il rivestimento dello stomaco.

“Non appena lo prendi, vuoi che il sistema si autodifesa in modo da poter garantire il contatto con il tessuto”, dice Traverso.

I ricercatori hanno tratto ispirazione per la funzione di auto-orientamento di una tartaruga conosciuta come la tartaruga leopardo. Questa tartaruga, che si trova in Africa, ha una conchiglia con una cupola alta e ripida, che gli consente di raddrizzarsi se rotola sul dorso. I ricercatori hanno utilizzato la modellizzazione al computer per ottenere una variante di questa forma per la capsula, che consente di riorientare se stessa anche nell’ambiente dinamico dello stomaco.

“Ciò che è importante è che abbiamo l’ago in contatto con il tessuto quando viene iniettato”, dice Abramson. “Inoltre, se una persona dovesse muoversi o lo stomaco dovesse ringhiare, il dispositivo non si muoverà dal suo orientamento preferito.”

Una volta iniettata la punta dell’ago nella parete dello stomaco, l’insulina si dissolve a una velocità che può essere controllata dai ricercatori mentre la capsula viene preparata. In questo studio, ci volle circa un’ora perché tutta l’insulina fosse completamente rilasciata nel flusso sanguigno.

Nei test, i ricercatori hanno dimostrato di poter somministrare con successo fino a 300 microgrammi di insulina. Più recentemente, sono stati in grado di aumentare la dose a 5 milligrammi, che è paragonabile alla quantità che un paziente con diabete di tipo 1 dovrebbe iniettare.

Dopo che la capsula rilascia il suo contenuto, può passare in modo innocuo attraverso il sistema digestivo. I ricercatori non hanno rilevato effetti avversi dalla capsula, che è costituita da componenti biodegradabili in polimero e acciaio inossidabile.

Maria José Alonso, docente di biofarmaceutica e tecnologia farmaceutica presso l’Università di Santiago de Compostela in Spagna, descrive la nuova capsula come una “tecnologia radicalmente nuova” che potrebbe giovare a molti pazienti.

“Non stiamo parlando di miglioramenti incrementali dell’assorbimento di insulina, che è quello che la maggior parte dei ricercatori nel campo ha fatto finora. Questa è di gran lunga la tecnologia più realistica e d’impatto finora divulgata per la somministrazione orale di peptidi “, afferma Alonso, che non è stato coinvolto nella ricerca.

Il team del MIT sta ora continuando a collaborare con Novo Nordisk per sviluppare ulteriormente la tecnologia e ottimizzare il processo di produzione delle capsule. Ritengono che questo tipo di somministrazione di farmaci possa essere utile per qualsiasi farmaco proteico che deve essere normalmente iniettato, come gli immunosoppressori usati per trattare l’artrite reumatoide o la malattia infiammatoria intestinale. Può anche funzionare per acidi nucleici come il DNA e l’RNA.

“La nostra motivazione è quella di rendere più facile per i pazienti assumere farmaci, in particolare i farmaci che richiedono un’iniezione”, dice Traverso. “Quello classico è l’insulina, ma ce ne sono molti altri.”

La ricerca è stata finanziata da Novo Nordisk, il National Institutes of Health, una borsa di studio per la ricerca scientifica universitaria, Brigham and Women’s Hospital, una borsa di studio Viking Olaf Bjork Research e il MIT Undergraduate Research Opportunities Program.

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