Un nou strat de gel administrează anticorpi antiinflamatori direct în esofag
Persoanele cu afecțiuni ale esofagului au la dispoziție puține opțiuni de tratament, iar administrarea medicamentelor direct în această zonă a corpului este dificilă, ceea ce duce la utilizarea medicamentelor sistemice, care pot provoca efecte secundare nedorite.
Pentru a depăși această provocare, inginerii de la MIT au dezvoltat o formulare de medicament sub formă de gel care poate acoperi mucoasa esofagului după ce este înghițită, permițând medicamentelor să pătrundă prin țesut.
Formularea, care conține un hidrogel și alți ingredienți esențiali pentru absorbția rapidă a medicamentelor, ar putea fi utilizată pentru a livra anticorpi, inclusiv infliximab, un medicament folosit în tratamentul mai multor boli autoimune, dar și alte tipuri de anticorpi sau medicamente cu molecule mici.
„Există multe persoane cu afecțiuni esofagiene, iar dacă ne uităm la medicamentele pentru aceste condiții, observăm că sunt foarte limitate în capacitatea lor de a viza această parte a corpului și este foarte dificil să le dezvoltăm. Sperăm că această platformă va facilita dezvoltarea sistemelor care pot ajuta pacienții care suferă de aceste afecțiuni”, spune Giovanni Traverso.
Traverso este autorul principal al noului studiu publicat în Nature Biomedical Engineering. Fosta postdoc de la MIT, Christina Karavasili, este autorul principal al lucrării.
Una dintre cele mai comune afecțiuni ale esofagului este esofagita eosinofilică, o formă de inflamație cauzată de alergiile alimentare, care duce la închiderea esofagului, făcând imposibilă înghițirea alimentelor. Boala Crohn poate provoca, de asemenea, inflamația esofagului.
Aceste afecțiuni sunt de obicei tratate cu medicamente sistemice, inclusiv infliximab, un anticorp care neutralizează o proteină inflamatorie numită factor de necroză tumorală alfa (TNF-alpha). Totuși, acest medicament este un imunodepresor care poate crește riscul de infecții și alte probleme de sănătate.
Administrarea directă a medicamentului în țesutul esofagian ar putea reduce aceste efecte secundare, dar este o provocare, deoarece medicamentele luate pe cale orală trec rapid prin esofag. În plus, esofagul este căptușit cu un strat de țesut numit epiteliu stratificat scuamos, care este foarte impermeabil la medicamente.
Injectarea medicamentelor în țesutul esofagian este o altă opțiune, dar este inconfortabilă pentru pacienți și inconvenientă, deoarece trebuie efectuată într-un cabinet medical. Există, de asemenea, un medicament steroid antiinflamator care este formulat ca un amestec gros, permițându-i să rămână în esofag mai mult timp după înghițire, dar medicamentul are totuși dificultăți în a pătrunde prin stratul impermeabil.
În acest studiu, cercetătorii au avut ca scop dezvoltarea unor formulări de medicamente care să includă molecule capabile să crească permeabilitatea acestor celule esofagiene, permițând unei cantități mai mari de medicament să pătrundă.
Pentru a identifica moleculele ce ar putea îmbunătăți permeabilitatea, cercetătorii au conceput un sistem de screening care imită structura esofagului. Acest sistem conține țesut esofagian apăsat între două plăci verticale. Formulările de medicamente pot fi turnate în partea superioară a sistemului, simulând ingestia orală. Cercetătorii pot măsura apoi cât de mult din medicament trece prin țesut și este colectat în puțurile uneia dintre plăci.
Folosind acest sistem, cercetătorii au putut măsura cum diferiții excipienți – ingrediente inactive care ajută la amplificarea efectelor medicamentelor – afectează permeabilitatea țesutului esofagian. Inițial, au testat aproximativ 100 de compuși și au identificat câțiva candidați de top. Apoi, au testat perechi din acești excipienți și au descoperit că cea mai eficientă combinație este un duo de săruri biliare numite sodiu chenodeoxycholat și sodiu cholat.
Acești săruri par să colaboreze pentru a relaxa joncțiunile celulelor care, în mod normal, acționează ca o barieră pentru pătrunderea moleculelor de medicament. Cercetătorii au adăugat aceste săruri biliare la un hidrogel derivat din polisacharide, care are o consistență vâscoasă ce îi permite să acopere ușor căptușeala esofagului.
„Hidrogelul ajută formularea să rămână pe suprafața esofagului mai mult timp, în timp ce sărurile biliare contribuie la creșterea transportului prin țesut”, afirmă Karavasili. „Datele noastre sugerează că sărurile biliare relaxează temporar aceste joncțiuni celulare, interacționând în principal cu ionii de calciu care ajută la menținerea integrității joncțiunilor. Acest lucru creează o cale mai permisivă între celule, permițând moleculelor mai mari să pătrundă în țesutul mucoasei mai eficient.”
În teste efectuate pe animale, cercetătorii au demonstrat că această formulare poate fi utilizată pentru a livra eficient infliximab în esofag. De asemenea, au constatat că relaxarea joncțiunilor celulelor a fost temporară, iar celulele au revenit la normal în termen de trei zile.
Această metodă de livrare ar putea ajuta la evitarea efectelor secundare pe care pacienții le experimentează uneori atunci când infliximab este administrat sistemic, afirmă cercetătorii.
„Am fost interesați să livrăm anti-TNF-uri ca medicament model, dar și să ajutăm persoanele care suferă de afecțiuni precum boala Crohn să aibă opțiuni care pot fi livrate direct la locul afectat”, spune Traverso.
„Dacă avem posibilitatea de livrare direcționată, am putea reduce efectele secundare sistemice ale acestor agenți imunodepresori.”
Cercetătorii lucrează acum la optimizarea suplimentară a formulării pentru teste potențiale pe oameni. Un obiectiv principal este să se asigure că gelul aderă suficient de mult pentru a livra medicamentele, dar nu atât de mult încât să provoace disconfort pacienților. De asemenea, cercetătorii explorează posibilitatea de a utiliza această abordare pentru a livra alte tipuri de medicamente.
„Aceasta este o platformă pentru a permite dezvoltarea sistemelor de livrare a medicamentelor pentru esofag, ceea ce nu a fost posibil până acum din cauza lipsei de instrumente adecvate”, afirmă Traverso.
