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Il MIT rivela una nuova pillola per somministrare insulina

Un nuovo progetto di ricerca del Massachusetts Institute of Technology (MIT), sponsorizzato da Novo Nordisk, mira a fornire insulina per via orale con una pillola che rilascia la medicina nel rivestimento dello stomaco.

Prendendo ispirazione dalla tartaruga leopardo, un progetto di ricerca del MIT sponsorizzato da Novo Nordisk mira a fornire insulina per via orale con una pillola che rilascia la sua medicina nel rivestimento dello stomaco, eliminando la necessità di iniezioni. Ne parlo con l’autore principale della ricerca e lo specializzando in Ingegneria Chimica del MIT Alex Abramson e Ester Caffarel-Salvador, Postdoctoral Research Associate al MIT.

D: Perché abbiamo bisogno di somministrare insulina per via orale quando possiamo usare le iniezioni?

Alex Abramson (AA): questo dispositivo consente la somministrazione di tutti i farmaci biologici, non solo dell’insulina. Ci aspettiamo che possa essere utilizzato per la consegna di acidi nucleici, proteine, peptidi e anticorpi. Ha la capacità di trasformare il modo in cui forniamo tutti questi farmaci. Molte aziende uccideranno i progetti che coinvolgono farmaci a macromolecole che richiedono iniezioni perché offrono solo un miglioramento incrementale rispetto a un farmaco a piccole molecole esistente. Sanno che le persone non vorranno fare quell’iniezione su una pillola che funziona quasi altrettanto bene, questi farmaci macromolecolari che avrebbero richiesto un’iniezione non sono adatti per il mercato.

Prevediamo che un’enorme quantità di progetti di farmaci macromolecolari attualmente eliminati dalle aziende farmaceutiche potrebbe davvero trarre vantaggio da questa nuova tecnologia per la somministrazione orale.

Ester Caffarel-Salvador (ECS): Prevediamo inoltre che i pazienti non sentiranno alcun dolore dall’assunzione di questa pillola. Il tratto gastrointestinale non ha recettori del dolore e, quando testato sui maiali, non abbiamo osservato alcuna evidenza di disagio. Abbiamo esaminato attentamente questo e la sicurezza del dispositivo.

D: Quali sono stati i principali risultati della ricerca?

AA: Durante lo sviluppo di questa pillola, abbiamo creato tre nuove innovazioni. Il primo è il sistema di auto-raddrizzamento.

Ho saputo di un grande matematico in Ungheria che aveva fatto molte ricerche sulla natura auto-orientante delle tartarughe e delle testuggini. Ci siamo ispirati alla tartaruga leopardo, una tartaruga trovata nell’Africa orientale e meridionale che può riorientarsi molto facilmente in base alla sua forma. Ha un guscio con una cupola alta e ripida, che gli permette di raddrizzarsi quando rotola sulla schiena. Allo stesso modo, la nostra pillola ha una forma simile al guscio di tartaruga leopardo e ciò rende facile il suo riorientamento se atterra in una direzione che non è rivolta verso la parete del tessuto dello stomaco.

La seconda svolta è stata l’innesco a base di zucchero, che assicura che la pillola non si attiva nell’esofago quando viene ingerita, ma si attiva sempre nello stomaco. Il trigger rileva l’umidità nel tratto gastrointestinale e avvia un timer. Lo zucchero inizia a dissolversi e dopo circa cinque minuti rilascia una molla compressa che spinge il farmaco nel tessuto.

L’ultimo ritrovamento è stato l’ago solido realizzato quasi completamente con insulina e altri farmaci biologici. Ci consente di erogare una dose clinicamente rilevante. Se non usassimo un ago fatto quasi completamente di farmaco, non saremmo in grado di erogare abbastanza insulina.

D: Qual è stato il tuo ruolo nel progetto?

AA: Questo è stato il mio obiettivo principale negli ultimi due anni. È il mio progetto di tesi e ho aiutato a coordinare gli sforzi tra MIT e Novo Nordisk. Il mio ruolo consisteva nello sviluppare l’idea di realizzare un dispositivo autoorientante e lavorare sulla quantità di forza necessaria per iniettare l’ago. Sono stato anche coinvolto nella realizzazione del meccanismo di idratazione a base di zucchero e di una solida dose dell’ago.

ECS: La ricerca è iniziata nell’agosto 2015. Il laboratorio è un ambiente molto collaborativo. Abbiamo un team multidisciplinare composto da assistenti tecnici, professori, associati post-dottorato e molti studenti universitari che visitano per un trimestre, l’estate o anche tutto l’anno.

Alex ed io abbiamo diverse aree di competenza. Alex è un ingegnere chimico e io sono un biotecnologo e un biochimico per formazione: le nostre competenze si completano a vicenda. Mi sono occupata dell’aspetto formulativo del prototipo. Mi sono concentrato sulla caratterizzazione dei tessuti, sulla ricerca di formulazioni e sulla stabilità dei farmaci. Ho testato la capacità di carico del dispositivo e ottimizzato i metodi analitici per quantificare l’insulina. Ad esempio, ho confermato che l’insulina era ancora attiva quando viene premuta nel dispositivo e ho assicurato che le proprietà non cambiassero considerando che stiamo sottoponendo l’insulina e altri prodotti biologici ad alta pressione durante il processo di fabbricazione. Inizialmente, questo era un progetto di collaborazione di 3 anni, ma ora che abbiamo questo prototipo, abbiamo esteso la collaborazione.

D: Perché la pillola deve poter girare da sola?

AA: Quando ho iniziato a lavorare al progetto e stavo valutando come combinare aghi e pillole, la prima cosa che ho fatto è stata posizionare piccoli aghi attorno all’intera pillola. Quando l’abbiamo lasciato cadere sul fazzoletto, mi sono reso conto che solo un quarto di quegli aghi stava entrando in contatto. L’altro 75% degli aghi si sarebbe semplicemente sciolto e non avrebbe erogato il farmaco o, peggio ancora, la pillola avrebbe ruotato e avrebbe consentito a un numero leggermente maggiore di aghi di entrare nel tessuto causando una variabilità nella quantità di dose.

Questo ha portato all’idea di mettere l’ago solo su un lato della pillola. Per farlo, avevamo bisogno di una pillola orientata nella direzione della parete del tessuto. In questo modo, potevamo assicurarci che gli aghi su 1 lato della pillola fossero sempre in contatto con la parete del tessuto. L’idea dell’auto-orientamento è venuta fuori e ci siamo chiesti, quali sono alcune cose in natura e nel nostro ambiente che si auto-orientano?

La tartaruga leopardo in particolare si è evoluta nel corso di migliaia di anni per essere bravissima a orientarsi da sola a terra. Abbiamo preso la forma della tartaruga leopardo e la distribuzione della densità come ipotesi iniziale. Quindi, l’abbiamo inserito in un modello matematico che osservava l’auto-orientamento nello stomaco.

D: Come funziona l’ago orientabile?

AA: L’ago stesso si trova all’interno di una capsula leggermente più grande, ha le dimensioni di un pisello e di un mirtillo. La parte inferiore del dispositivo è appesantita e quindi il centro di massa viene abbassato, il che rende 1 configurazione del dispositivo l’unica configurazione stabile. Ad esempio, se pensi a un giocattolo Weebles o a uno di quei pagliacci che prendono a pugni, ogni volta che lo disturbi, torna sempre alla sua configurazione preferita, che è verticale.

Il dispositivo autoorientante utilizza un concetto simile. Ha anche un’altra caratteristica fondamentale, un fondo piatto, che assicura che una volta che una persona lo prende e il dispositivo si è orientato verso la parete del tessuto, se la persona dovesse piegarsi da un lato all’altro o il suo stomaco inizia a ringhiare, rimarrebbe nella stessa posizione.

ECS: L’ago viene espulso solo una volta attivato dal meccanismo dello zucchero. È protetto finché il dispositivo non raggiunge la configurazione desiderata contro la parete tissutale dello stomaco.

D: Quanto tempo impiega l’insulina per essere completamente rilasciata nel flusso sanguigno?

AA: Questo può variare a seconda dell’eccipiente che aggiungiamo alla formulazione. Se è composto al 100% da insulina, si dissolve nel corso di diverse ore. Se si aggiunge un altro eccipiente che migliora o rallenta la dissoluzione, il profilo di assorbimento del farmaco può cambiare drasticamente. Abbiamo dimostrato che possiamo usarlo per fornire insulina nel corso di un’intera giornata.

ECS: Esistono diversi tipi di insulina, quindi c’è molto spazio per l’ottimizzazione.

D: Cosa hai intenzione di fare dopo?

AA: In questo momento, la ricerca è in fase di sperimentazione su modelli animali di grandi dimensioni. L’unica cosa che vogliamo guardare sono gli effetti cronici dell’iniezione nel tratto gastrointestinale. Cosa succede se gli esseri umani o gli animali dovessero prenderli ogni giorno per sei mesi? Vogliamo continuare a fare alcuni test sugli animali di grandi dimensioni e una volta che lo avremo valutato, speriamo di passare a sperimentazioni cliniche con gli esseri umani nei prossimi 3 anni.

 

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