يمكن للكبسولة المستوحاة بيولوجيًا أن تضخ الأدوية مباشرة إلى جدران الجهاز الهضمي

يمكن استخدام الجهاز الخالي من الإبرة لتوصيل الأنسولين أو الأجسام المضادة أو الحمض النووي الريبي (RNA) أو جزيئات كبيرة أخرى.

مستوحاة من الطريقة التي تستخدم بها الحبار النفاثات لدفع نفسها عبر المحيط وإطلاق سحب الحبر، طور باحثون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ونوفو نورديسك كبسولة قابلة للهضم تطلق دفعة من الأدوية مباشرة في جدار المعدة أو الأعضاء الأخرى في الجهاز الهضمي. .

يمكن أن توفر هذه الكبسولة طريقة بديلة لتوصيل الأدوية التي يجب حقنها عادة، مثل الأنسولين والبروتينات الكبيرة الأخرى، بما في ذلك الأجسام المضادة. ويمكن أيضًا استخدام هذه الإستراتيجية الخالية من الإبر لتوصيل الحمض النووي الريبوزي (RNA)، إما كلقاح أو جزيء علاجي لعلاج مرض السكري والسمنة وغيرها من الاضطرابات الأيضية.

يقول جيوفاني ترافيرسو: “أحد التحديات طويلة الأمد التي كنا نستكشفها هو تطوير الأنظمة التي تمكن من توصيل الجزيئات الكبيرة عن طريق الفم والتي تتطلب عادةً حقنها. ويمثل هذا العمل أحد التطورات الرئيسية التالية في هذا التقدم”. ، مدير مختبر الهندسة الانتقالية وأستاذ مشارك في الهندسة الميكانيكية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، وأخصائي أمراض الجهاز الهضمي في مستشفى بريجهام والنساء، وعضو مشارك في معهد برود، وكبير مؤلفي الدراسة.

قام ترافيرسو وطلابه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بتطوير الكبسولة الجديدة بالتعاون مع باحثين في مستشفى بريجهام والنساء ونوفو نورديسك. غراهام أريك SM ’20 وعلماء نوفو نورديسك دراغو ستيكر وأغياد غزال هم المؤلفون الرئيسيون للورقة البحثية، التي تظهر اليوم في طبيعة .

مستوحاة من رأسيات الأرجل

عادةً لا يمكن تناول الأدوية التي تتكون من بروتينات كبيرة أو RNA عن طريق الفم لأنها تتحلل بسهولة في الجهاز الهضمي. لعدة سنوات، كان مختبر ترافيرسو يعمل على إيجاد طرق لتوصيل هذه الأدوية عن طريق الفم عن طريق تغليفها في أجهزة صغيرة تحمي الأدوية من التحلل ثم حقنها مباشرة في بطانة الجهاز الهضمي.

تستخدم معظم هذه الكبسولات إبرة صغيرة أو مجموعة من الإبر الدقيقة لتوصيل الأدوية بمجرد وصول الجهاز إلى الجهاز الهضمي. وفي الدراسة الجديدة، أراد ترافيرسو وزملاؤه استكشاف طرق لتوصيل هذه الجزيئات دون أي نوع من الإبرة، مما قد يقلل من احتمالية حدوث أي ضرر للأنسجة.

ولتحقيق ذلك، استلهموا من رأسيات الأرجل. يمكن للحبار والأخطبوطات دفع نفسها عن طريق ملء تجويف الوشاح بالماء، ثم طرده بسرعة من خلال سيفونهم. ومن خلال تغيير قوة طرد الماء وتوجيه السيفون في اتجاهات مختلفة، يمكن للحيوانات التحكم في سرعتها واتجاه سفرها. يسمح عضو السيفون أيضًا لرأسيات الأرجل بإطلاق نفاثات من الحبر، مما يشكل سحبًا خادعة لإلهاء الحيوانات المفترسة.

توصل الباحثون إلى طريقتين لتقليد عملية النفث هذه، وذلك باستخدام ثاني أكسيد الكربون المضغوط أو النوابض الملفوفة بإحكام لتوليد القوة اللازمة لدفع الأدوية السائلة خارج الكبسولة. يتم الاحتفاظ بالغاز أو الزنبرك في حالة مضغوطة بواسطة محفز الكربوهيدرات، والذي تم تصميمه ليذوب عند تعرضه للرطوبة أو البيئة الحمضية مثل المعدة. عندما يذوب الزناد، يُسمح للغاز أو الزنبرك بالتمدد، مما يدفع دفعة من الأدوية إلى خارج الكبسولة.

في سلسلة من التجارب باستخدام أنسجة من الجهاز الهضمي، قام الباحثون بحساب الضغوط اللازمة لطرد الأدوية بقوة كافية لاختراق الأنسجة تحت المخاطية والتراكم هناك، مما يؤدي إلى إنشاء مستودع يقوم بعد ذلك بإطلاق الأدوية في الأنسجة.

“بصرف النظر عن القضاء على الأدوات الحادة، هناك ميزة أخرى محتملة للنفاثات ذات الأعمدة عالية السرعة وهي متانتها في حل مشكلات التوطين. وعلى النقيض من الإبرة الصغيرة، التي تحتاج إلى اتصال وثيق مع الأنسجة، أشارت تجاربنا إلى أن النفاثة قد تكون قادرة على يقول أريك: “لإيصال معظم الجرعة من مسافة أو بزاوية طفيفة”.

كما صمم الباحثون الكبسولات بحيث يمكنها استهداف أجزاء مختلفة من الجهاز الهضمي. يمكن لنسخة واحدة من الكبسولة، ذات القاع المسطح والقبة العالية، أن تستقر على سطح ما، مثل بطانة المعدة، وتقذف الدواء إلى الأسفل داخل الأنسجة. هذه الكبسولة، المستوحاة من الأبحاث السابقة التي أجراها مختبر ترافيرسو حول كبسولات التوجيه الذاتي، هي بحجم حبة التوت ويمكن أن تحمل 80 ميكروليتر من الدواء.

الإصدار الثاني له شكل يشبه الأنبوب يسمح له بمحاذاة نفسه داخل عضو أنبوبي طويل مثل المريء أو الأمعاء الدقيقة. في هذه الحالة، يتم إخراج الدواء نحو الجدار الجانبي، وليس إلى الأسفل. يمكن لهذا الإصدار توصيل 200 ميكروليتر من الدواء.

يمكن للكبسولات المصنوعة من المعدن والبلاستيك أن تمر عبر الجهاز الهضمي ويتم إخراجها بعد إطلاق حمولتها من الأدوية.

توصيل الدواء بدون إبرة

في الاختبارات التي أجريت على الحيوانات، أظهر الباحثون أنه يمكنهم استخدام هذه الكبسولات لتوصيل الأنسولين، وهو ناهض لمستقبلات GLP-1 المشابه لعقار مرض السكري Ozempic، ونوع من الحمض النووي الريبوزي يسمى الحمض النووي الريبي المتداخل القصير (siRNA). يمكن استخدام هذا النوع من الحمض النووي الريبوزي (RNA) لإسكات الجينات، مما يجعله مفيدًا في علاج العديد من الاضطرابات الوراثية.

وأظهروا أيضًا أن تركيز الأدوية في مجرى الدم لدى الحيوانات وصل إلى مستويات بنفس الدرجة التي شوهدت عندما تم حقن الأدوية بحقنة، ولم يكتشفوا أي تلف في الأنسجة.

ويتصور الباحثون أن الكبسولة القابلة للهضم يمكن استخدامها في المنزل من قبل المرضى الذين يحتاجون إلى تناول الأنسولين أو الأدوية الأخرى المحقونة بشكل متكرر. بالإضافة إلى تسهيل عملية إعطاء الأدوية، خاصة للمرضى الذين لا يحبون الإبر، فإن هذا النهج يلغي أيضًا الحاجة إلى التخلص من الإبر الحادة. وقام الباحثون أيضًا بإنشاء واختبار نسخة من الجهاز يمكن توصيلها بمنظار داخلي، مما يسمح للأطباء باستخدامه في جناح التنظير الداخلي أو غرفة العمليات لتوصيل الأدوية إلى المريض.

“تمثل هذه التكنولوجيا قفزة كبيرة إلى الأمام في توصيل الأدوية عن طريق الفم للأدوية ذات الجزيئات الكبيرة مثل الأنسولين ومنبهات GLP-1. في حين تمت تجربة العديد من طرق توصيل الأدوية عن طريق الفم في الماضي، إلا أنها تميل إلى أن تكون فعالة بشكل سيئ في تحقيق التوافر البيولوجي العالي. هنا، يوضح الباحثون القدرة على توفير التوافر البيولوجي في النماذج الحيوانية بكفاءة عالية، وهذا نهج مثير يمكن أن يكون مؤثرًا للعديد من الأدوية البيولوجية التي يتم إعطاؤها حاليًا من خلال الحقن أو الحقن داخل الأوعية الدموية”. من الهندسة الحيوية في جامعة رايس، الذي لم يشارك في البحث.

ويخطط الباحثون الآن لمواصلة تطوير الكبسولات، على أمل اختبارها على البشر.