I pazienti con diabete di tipo I in genere iniettano insulina più volte al giorno, un processo doloroso che riduce la qualità della vita. I farmaci iniettabili sono anche associati a non conformità, che possono comportare complicazioni a lungo termine per i pazienti con malattie croniche e aumenti drammatici dei costi sanitari.

Così, cosa trattiene i medici dal prescrivere una soluzione molto più semplice, come una pillola di insulina? La colpa è dei nostri sistemi di digestione, perché in questo caso, funzionano troppo bene per il loro bene.

"I nostri corpi vedono tutte le proteine ​​che ingeriamo come cibo, anche se questo è un farmaco proteico terapeutico come l'insulina. Le proteine ​​che entrano nello stomaco vengono digerite in singoli amminoacidi e perdono qualsiasi funzione terapeutica prevista, " spiega Katie Whitehead, assistente professore di ingegneria chimica alla Carnegie Mellon University.

Anche se il farmaco fosse in qualche modo in grado di compiere il viaggio verso l'intestino tenue senza essere digerito, il nostro corpo non sarebbe ancora in grado di assorbirlo. I farmaci ad alto contenuto proteico non permeano il rivestimento intestinale, il che significa che è impossibile per il farmaco entrare nel flusso sanguigno e iniziare a lavorare nel corpo.

Whitehead ha visto questa sfida di consegna della droga come un'opportunità per unire le forze con il collega Alan Russell, professore e direttore del Disruptive Health Technology Institute. Con il background di Whitehead nei sistemi di somministrazione di farmaci e l'esperienza di Russell nell'ingegneria delle proteine ​​a base di polimeri, il team ha sviluppato una nuova soluzione. La loro ricerca è stata recentemente pubblicata in Il Giornale del Rilascio Controllato .

Utilizzando una tecnica chiamata Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP) (sviluppato alla Carnegie Mellon dal professore di chimica Krzysztof Matyjaszewski), il team ha creato una proteina confezionata che sopravvive a condizioni simili alla digestione ed è facilmente trasportata attraverso la barriera intestinale in un modello di coltura cellulare. La proteina utilizzata in questo studio è servita come modello per farmaci terapeutici come l'insulina.

L'ATRP ha permesso a Russell di attaccare un polimero alla proteina modello. Una volta attaccato, questo polimero fungeva da scudo contro gli enzimi digestivi nello stomaco.

"Il nostro team aveva sviluppato un polimero molto stabile, abbastanza da sopravvivere in acido cloridrico, " afferma Russell. "Ci sentivamo fiduciosi di poter utilizzare questo polimero per proteggere la proteina modello dallo stomaco, ma la seconda sfida rimaneva quella di spostare selettivamente la proteina modello attraverso la parete intestinale".

Per affrontare questa sfida, Whitehead ha identificato una struttura chimica chiamata fenilpiperazina che aumenta la permeabilità dell'intestino. Circondando la proteina in un polimero a base di fenilpiperazina, la proteina modello passava facilmente attraverso le barriere cellulari intestinali. In particolare, il team di ricerca ha aumentato il trasporto della proteina modello senza aumentare il trasporto di altri composti nocivi, come prodotti di scarto, attraverso l'intestino.

"Siamo entusiasti di questa ricerca perché abbiamo dimostrato che la coniugazione polimerica può essere utilizzata per ottenere la somministrazione orale di proteine. Questi risultati danno origine a molte altre domande che non vediamo l'ora di affrontare, come il modo in cui la struttura e l'architettura del polimero influenzano il processo di consegna e se questi risultati si traducono in vivo , "dice Whitehead.

Questo progetto è ritenuto dai ricercatori un importante passo introduttivo nella loro ricerca verso lo sviluppo di sistemi di somministrazione orale di farmaci che possono essere testati e utilizzati clinicamente.