Phát triển thành công viên nang robot cung cấp thuốc đến ruột

Một lý do khiến việc cung cấp các loại thuốc có hàm lượng protein lớn qua đường uống rất khó khăn là do những loại thuốc này không thể đi qua hàng rào chất nhầy ở đường tiêu hóa. Điều này có nghĩa là insulin và hầu hết các "thuốc sinh học" khác - các loại thuốc chứa protein hoặc axit nucleic - phải được tiêm hoặc truyền trong bệnh viện.

Thuốc viên loại mới được phát triển tại MIT một ngày nào đó có thể thay thế những mũi tiêm đó. Viên nang này có một đầu mũ robot để quay và đục xuyên qua hàng rào chất nhầy khi nó đến ruột non, cho phép thuốc do viên nang vận chuyển ngấm được vào các tế bào lót trong ruột.

Giovanni Traverso, bác sĩ chuyên khoa tiêu hóa tại Bệnh viện phụ sản Brigham, phó giáo sư kỹ thuật cơ khí tại MIT cho biết: “Bằng cách điều chỉnh chất nhầy, chúng tôi có thể tối đa hóa sự phân tán của thuốc trong một khu vực cục bộ và tăng cường sự hấp thụ của cả các phân tử nhỏ và đại phân tử”.

Trong nghiên cứu xuất hiện gần đây trên tạp chí Science Robotics, các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng họ có thể sử dụng cách tiếp cận này để cung cấp insulin cũng như vancomycin, một peptide kháng sinh dạng tiêm hiện nay.

Tác giả chính của nghiên cứu này là Shriya Srinivasan, nhà nghiên cứu của Viện nghiên cứu ung thư toàn diện Koch - MIT, thành viên cơ sở tại Hiệp hội nghiên cứu sinh tại Đại học Harvard.

Trong vài năm qua, phòng thí nghiệm của Traverso đã phát triển các chiến lược để vận chuyển các loại thuốc protein như insulin bằng đường uống. Đây là một nhiệm vụ khó khăn bởi vì thuốc protein có xu hướng bị phân hủy trong môi trường axit của đường tiêu hóa, và chúng cũng khó thâm nhập vào hàng rào chất nhầy đường tiêu hóa.

Để vượt qua những trở ngại đó, Srinivasan đã nảy ra ý tưởng tạo ra một viên nang bảo vệ bao gồm một máy móc có thể đào xuyên qua chất nhầy, giống như máy khoan đường hầm khoan vào đất và đá.

Cô ấy nói: “Tôi nghĩ rằng nếu chúng ta có thể đào xuyên qua chất nhầy, thì chúng ta có thể lắng đọng thuốc trực tiếp trên biểu mô. Ý tưởng là bạn sẽ uống viên nang này và lớp bên ngoài sẽ hòa tan trong đường tiêu hóa, để lộ tất cả các đặc điểm này sau đó bắt đầu lướt qua chất nhầy và làm sạch nó".

Viên nang "RoboCap", có kích thước bằng một viên vitamin tổng hợp, mang khối lượng thuốc của nó trong một bể chứa nhỏ ở một đầu và mang các tính năng tạo đường hầm ở phần thân và bề mặt chính của nó. Viên nang được bao phủ bởi gelatin có thể điều chỉnh để hòa tan ở nồng độ pH cụ thể.

Khi lớp bọc tan ra, sự thay đổi độ pH sẽ kích hoạt một động cơ nhỏ bên trong viên nang RoboCap bắt đầu quay. Chuyển động này giúp viên nang đào sâu vào chất nhầy và điều chỉnh nó. Viên nang này cũng được phủ một lớp đinh tán nhỏ giúp đánh bay chất nhầy, tương tự như hoạt động của bàn chải đánh răng.

Chuyển động quay tròn cũng giúp bào mòn khoang mang thuốc, dần dần được giải phóng vào đường tiêu hóa.

Traverso cho biết: “Những gì RoboCap thực hiện là hiệu chỉnh tạm thời hàng rào chất nhầy ban đầu và sau đó tăng cường hấp thu bằng cách tối đa hóa sự phân tán của thuốc tại chỗ. Khi kết hợp tất cả các yếu tố này, chúng tôi thực sự đang tối đa hóa khả năng cung cấp tình huống tối ưu để thuốc được hấp thụ".

Trong các thử nghiệm trên động vật, các nhà nghiên cứu đã sử dụng viên nang này để cung cấp insulin hoặc vancomycin, một loại kháng sinh peptide lớn được sử dụng để điều trị một loạt các bệnh nhiễm trùng, bao gồm nhiễm trùng da cũng như nhiễm trùng ảnh hưởng đến cấy ghép chỉnh hình. Với viên nang này, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng chúng có thể cung cấp lượng thuốc gấp 20 đến 40 lần so với một viên nang tương tự mà không có cơ chế đào hầm.

Khi thuốc được giải phóng khỏi viên nang, viên nang sẽ tự đi qua đường tiêu hóa. Các nhà nghiên cứu không tìm thấy dấu hiệu viêm hoặc kích ứng trong đường tiêu hóa sau khi viên nang đi qua, và họ cũng quan sát thấy rằng lớp chất nhầy sẽ được cải tổ trong vòng vài giờ sau khi bị viên nang hiệu chỉnh nó.

Một cách tiếp cận khác mà một số nhà nghiên cứu đã sử dụng để tăng cường phân phối thuốc qua đường miệng là cung cấp thêm cho chúng các loại thuốc bổ sung giúp chúng đi qua mô ruột. Tuy nhiên, những chất tăng cường này thường chỉ có tác dụng với một số loại thuốc nhất định. Do phương pháp mới của nhóm MIT chỉ dựa vào sự gián đoạn cơ học đối với hàng rào chất nhầy, nên nó có khả năng được áp dụng cho nhiều loại thuốc hơn, Traverso cho biết.

Ông nói: “Một số chất tăng cường hóa học có tác dụng ưu tiên với một số phân tử thuốc nhất định. Việc sử dụng các phương pháp cơ học có thể cho phép tăng cường hấp thu đối với nhiều loại thuốc hơn”.

Trong khi viên nang sử dụng trong nghiên cứu này giải phóng khối lượng thuốc của nó trong ruột non, nó cũng có thể được sử dụng để nhắm mục tiêu đến dạ dày hoặc ruột kết bằng cách thay đổi độ pH ở vị trí đó hòa tan lớp phủ gelatin. Các nhà nghiên cứu cũng có kế hoạch khám phá khả năng cung cấp các loại thuốc protein khác như chất chủ vận thụ thể GLP1, đôi khi được sử dụng để điều trị bệnh tiểu đường tuýp 2. Các viên nang cũng có thể được sử dụng để cung cấp thuốc tại chỗ để điều trị viêm loét đại tràng và các tình trạng viêm khác bằng cách tối đa hóa nồng độ cục bộ của thuốc trong mô để hỗ trợ điều trị viêm.

P.T.T (NASATI), theo https://techxplore.com/news/2022-09-robotic-capsule-drugs-gut.html, 28/9/2022