Circa un anziano su quattro soffre di dolore cronico. Molte di queste persone assumono farmaci, di solito come pillole. Ma questo non è un modo ideale per trattare il dolore:i pazienti devono assumere farmaci frequentemente, e può subire effetti collaterali, poiché il contenuto delle pillole si diffonde attraverso il flusso sanguigno a tutto il corpo.

Ora i ricercatori del MIT hanno perfezionato una tecnica che potrebbe consentire il rilascio di farmaci antidolorifici e altri farmaci direttamente in parti specifiche del corpo e in dosi costanti per un periodo fino a 14 mesi. Il metodo utilizza biodegradabili, "film sottili" su scala nanometrica carichi di molecole di farmaci che vengono assorbite nel corpo in un processo incrementale.

"È stato difficile sviluppare qualcosa che rilasciasse [farmaci] per più di un paio di mesi, "dice Paula Hammond, il David H. Koch Professor in Ingegneria al MIT, e coautore di un nuovo articolo sull'anticipo. "Ora stiamo cercando un modo per creare un film o un rivestimento estremamente sottile che sia molto denso con un farmaco, e tuttavia rilascia a un ritmo costante per periodi di tempo molto lunghi."

Nella carta, pubblicato oggi su Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , i ricercatori descrivono il metodo utilizzato nel nuovo sistema di somministrazione dei farmaci, che supera significativamente la durata di rilascio raggiunta dalla maggior parte dei film biodegradabili a rilascio controllato in commercio.

"Puoi potenzialmente impiantarlo e rilasciare il farmaco per più di un anno senza dover entrare e fare nulla al riguardo, " dice Bryan Hsu PhD '14, che ha contribuito a sviluppare il progetto come studente di dottorato nel laboratorio di Hammond. "Non devi andare a recuperarlo. Normalmente per ottenere il rilascio a lungo termine del farmaco, hai bisogno di un serbatoio o di un dispositivo, qualcosa che può trattenere il farmaco. Ed è tipicamente non degradabile. Rilascerà lentamente, ma o si siederà lì e hai questo oggetto estraneo trattenuto nel corpo, o devi andare a recuperarlo."

Strato per strato

Il documento è stato co-autore di Hsu, Myoung-Hwan Park della Shamyook University in Corea del Sud, Samantha Hagerman '14, e Hammond, il cui laboratorio è nel Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT.

Il progetto di ricerca affronta un problema difficile nella somministrazione localizzata di farmaci:qualsiasi meccanismo biodegradabile destinato a rilasciare un farmaco per un lungo periodo di tempo deve essere sufficientemente robusto da limitare l'idrolisi, un processo mediante il quale l'acqua del corpo rompe i legami in una molecola di farmaco. Se si verifica troppa idrolisi troppo rapidamente, il farmaco non rimarrà intatto per lunghi periodi nel corpo. Eppure il meccanismo di rilascio del farmaco deve essere progettato in modo tale che una molecola di farmaco lo faccia, infatti, decomporre in incrementi costanti.

Per affrontare questo, i ricercatori hanno sviluppato quella che chiamano una tecnica "strato per strato", in cui le molecole di farmaco sono efficacemente attaccate a strati di rivestimento a film sottile. In questo caso specifico, i ricercatori hanno usato diclofenac, un farmaco antinfiammatorio non steroideo che viene spesso prescritto per l'osteoartrite e altre condizioni dolorose o infiammatorie. Lo hanno poi legato a sottili strati di acido poli-L-glutammato, che consiste in un amminoacido che il corpo riassorbe, e altri due composti organici. Il film può essere applicato su nanoparticelle degradabili per l'iniezione in siti locali o utilizzato per rivestire dispositivi permanenti, come gli impianti ortopedici.

Nei test, il team di ricerca ha scoperto che il diclofenac è ​​stato rilasciato costantemente nell'arco di 14 mesi. Poiché l'efficacia dei farmaci antidolorifici è soggettiva, hanno valutato l'efficacia del metodo vedendo quanto bene il diclofenac bloccasse l'attività della cicloossigenasi (COX), un enzima centrale per l'infiammazione nel corpo.

"Abbiamo scoperto che rimane attivo dopo essere stato rilasciato, "Hsu dice, il che significa che il nuovo metodo non danneggia l'efficacia del farmaco. O, come le note di carta, il metodo strato per strato ha prodotto "sostanziale inibizione della COX a un livello simile" alle pillole.

Il metodo consente inoltre ai ricercatori di regolare la quantità del farmaco in consegna, essenzialmente aggiungendo più strati del rivestimento ultrasottile.

Una strategia praticabile per molti farmaci

Hammond e Hsu fanno notare che la tecnica potrebbe essere utilizzata per altri tipi di farmaci; una malattia come la tubercolosi, ad esempio, richiede almeno sei mesi di terapia farmacologica.

"Non è valido solo per il diclofenac, " Hsu dice. "Questa strategia può essere applicata a un certo numero di farmaci".

Infatti, altri ricercatori che hanno esaminato l'articolo affermano che la potenziale versatilità medica della tecnica del film sottile è di notevole interesse.

"Lo trovo davvero intrigante perché è ampiamente applicabile a molti sistemi, "dice Kathryn Uhrich, professore presso il Dipartimento di Chimica e Biologia Chimica della Rutgers University, aggiungendo che la ricerca è "davvero un bel lavoro".

Per essere sicuro, in ogni caso, i ricercatori dovranno capire come legare al meglio la molecola del farmaco in questione a un rivestimento a film sottile biodegradabile. I prossimi passi per i ricercatori includono studi per ottimizzare queste proprietà in diversi ambienti corporei e più test, magari con farmaci sia per il dolore cronico che per l'infiammazione.

Una grande motivazione per il lavoro, note Hammond, è "l'intera idea che potremmo essere in grado di progettare qualcosa utilizzando questo tipo di approcci che potrebbero creare uno stile di vita [più facile]" per le persone con dolore cronico e infiammazione.

Hsu e Hammond sono stati coinvolti in tutti gli aspetti del progetto e hanno scritto il documento, mentre Hagerman e Park hanno contribuito a svolgere la ricerca, e Park ha aiutato ad analizzare i dati.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.