Circa la metà di tutti i farmaci per le malattie croniche non viene presa come prescritto, costando al sistema sanitario degli Stati Uniti più di $ 100 miliardi di ricoveri ospedalieri evitabili ogni anno.

Questa non conformità è ancora più significativa nei paesi in via di sviluppo, dove i budget sanitari sono cronicamente sovraccarichi e i pazienti trattati per malattie come la malaria devono assumere più farmaci con regimi di dosaggio complessi.

Per garantire che i pazienti ricevano l'intero ciclo di trattamento, i ricercatori del MIT e del Brigham and Women's Hospital hanno sviluppato una nuova serie di materiali per la somministrazione dei farmaci, che può risiedere nello stomaco fino a nove giorni, rilasciando lentamente il loro dosaggio di farmaci.

I materiali, che i ricercatori descrivono in un articolo pubblicato oggi sulla rivista Comunicazioni sulla natura , sono conosciuti come triggerable hard hydrogels (TTH), secondo Robert Langer, il David H. Koch Institute Professor al MIT e membro del Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT.

"Uno dei maggiori problemi nell'assistenza sanitaria è la non conformità, persone semplicemente che non prendono le loro droghe, "dice Langer, che è uno dei coautori senior del documento. "Abbiamo lavorato con la Fondazione Bill e Melinda Gates per sviluppare capsule a lunga durata, che potrebbe durare per l'intero corso di un trattamento, o potrebbe essere preso una volta alla settimana o una volta al mese, a seconda del dispositivo."

Sviluppare una capsula che non passa rapidamente attraverso il corpo, ma può invece risiedere nel tratto gastrointestinale (GI) per lunghi periodi di tempo, non è un compito facile, poiché qualsiasi materiale deve essere in grado di resistere alle notevoli forze di compressione nello stomaco.

Qualsiasi dispositivo di questo tipo deve anche essere abbastanza piccolo da essere inghiottito comodamente ma abbastanza grande da evitare di essere espulso dallo stomaco e nell'intestino attraverso una regione nota come piloro, dice Giovanni Traverso, un affiliato di ricerca presso il Koch Institute, un gastroenterologo e ingegnere biomedico presso il Brigham and Women's Hospital, e co-autore senior del documento.

Cosa c'è di più, deve essere possibile far sì che il dispositivo si autodistrugga, in caso di reazione allergica a, o effetti collaterali indesiderati da, il gel o il farmaco in consegna.

A tal fine, i ricercatori hanno iniziato a studiare l'uso di idrogel, gel polimerici che hanno un alto contenuto di acqua, dando loro la capacità di gonfiarsi quando idratati.

Le capsule fatte dall'idrogel in uno stato disidratato potrebbero essere ingerite dal paziente; allora si gonfierebbero entrando nello stomaco, per impedire loro di passare attraverso il piloro.

Però, idrogel, che sono tipicamente formati da una singola rete di catene polimeriche reticolate, tendono ad essere abbastanza morbidi, e non hanno la forza per resistere alle forze di compressione.

Quindi i ricercatori hanno invece utilizzato due reti polimeriche intrecciate, per costruire un più forte, materiale più resistente. "Ci sono due reti. Una è composta da alginato, un materiale derivato da alghe, e l'altro è poliacrilammide, un polimero ampiamente utilizzato, " dice Traverso.

All'interno di queste reti intrecciate sono reticolati due tipi di legame chimico, che può essere sciolto su richiesta utilizzando composti trigger biocompatibili.

La rete di poliacrilammide è reticolata con legami disolfuro, che può essere sciolto utilizzando l'antiossidante glutatione. La rete dell'alginato, in contrasto, è reticolato con legami ionici, che può essere sciolto con una sostanza chimica nota come EDTA (acido etilendiamminotetraacetico), che viene utilizzato come conservante in alcuni alimenti e come trattamento per il mercurio e l'avvelenamento da piombo.

In questo modo, se il dispositivo a capsula deve essere rimosso in fretta dallo stomaco, il paziente può semplicemente ingoiare i composti antidoto, innescando la rottura del materiale e permettendogli di passare in sicurezza attraverso il corpo.

Quando i ricercatori hanno testato la resistenza meccanica dei materiali, hanno scoperto di essere abbastanza robusti da resistere alla frattura, anche sotto la pressione di una lametta.

Hanno quindi testato dispositivi costruiti con i materiali in modelli animali di grandi dimensioni, dove hanno scoperto di essere in grado di resistere alle forze all'interno dello stomaco per più di sette giorni, secondo l'autore principale del giornale Jinyao Liu, un postdottorato del MIT.

Finalmente, hanno testato il potenziale del dispositivo come sistema di somministrazione di farmaci, caricandolo con la lumefantrina antimalarica. Hanno scelto questo farmaco perché la non aderenza ai farmaci è un problema particolare nel trattamento dei casi di malaria nei paesi in via di sviluppo.

Hanno scoperto che il dispositivo era in grado di rilasciare la lumefantrina in modo controllato, per un periodo di giorni.

I ricercatori hanno ora in programma di svolgere ulteriori lavori sulla velocità di rilascio del farmaco dalle capsule, e per studiare altre applicazioni per i materiali, come negli interventi per la perdita di peso e nell'ingegneria dei tessuti.