Phát triển viên nhộng robot để phân phối thuốc trong dạ dày

Một trong những nguyên nhân khiến khó vận chuyển những viên thuốc protein lớn qua đường uống là các viên thuốc này không thể đi qua barrier niêm dịch theo đường dạ dày ruột người. Điều đó có nghĩa là insulin và phần lớn các loại thuốc sinh học khác - thuốc chứa các protein hoặc acid nucleic - phải được tiêm vào cơ thể hoặc được các bác sĩ ở bệnh viện giám sát việc dùng.

Một loại thuốc mới dạng viên nhộng được phát triển tại MIT có thể một ngày nào đó thay thế các loại thuốc tiêm đó. Viên ngộng này có một các mũ robot có thể quay và tạo đường xuyên qua barrier niêm dịch khi nó chạm đến ruột non, nhờ vậy cho phép thuốc trong vỏ nhộng băng qua để vào đến các tế bào xếp hàng trong ruột.

“Bằng việc dịch chuyển niêm dịch, chúng tôi có thể tối ưu hóa sự phân tán của thuốc trong một vị trí và tăng cường sự hấp thụ của hai loại phân tử nhỏ và đại phân tử”, Giovanni Traverso, trợ lý giáo sư kỹ thuật cơ khí MIT và là một nhà nghiên cứu về dạ dày – ruột ở Bệnh viện Brigham và Phụ nữ.

Trong một nghiên cứu được xuất bản trên tạp chí Science Robotics, các nhà nghiên cứu đã trình bày cách họ có thể áp dụng cách tiếp cận này để phân phối insulin cũng như vancomycin, một peptide kháng sinh hiện đang được dùng dưới dạng tiêm ¹.

Shriya Srinivasan, một nhà nghiên cứu tại Viện nghiên cứu Ung thư hợp nhất Koch MIT và nhận học hổng tại Society of Fellows của đại học Harvard, là tác giả thứ nhất của nghiên cứu này.

Làm đường hầm xuyên qua

Trong nhiều năm, phòng thí nghiệm Traverso đã phát triển các chiến lược về phân phát thuốc protein như insulin qua đường uống. Đây là một nhiệm vụ vô cùng khó bởi thuốc protein có xu hướng bị phá vỡ trong môi trường a xít trong ống tiêu hóa chúng cũng vô cùng khó có thể xuyên qua barrier niêm dịch sắp hàng trong đường dạ dày.

Để vượt qua những rào cản đó, Srinivasan có ý tưởng tạo ra một dạng vỏ nhộng bảo vệ thuốc với một cơ chế là có thể đào hầm xuyên qua niêm dịch giống như những cỗ máy buồn tẻ đào hầm xuyên qua lớp đất đá.

“Tôi nghĩ là nếu chúng tôi có thể làm đường xuyên qua đám niêm dịch này, chúng tôi có thể đưa thuốc trực tiếp vào đến biểu mô”, cô nói, “Ý tưởng là anh có thể uống viên nhộng này và lớp bên ngoài có thể phân rã trong ống tiêu hóa để bắt đầu khuấy niêm dịch lên và làm sạch nó”.

Viên nhộng RoboCap với kích thước của một multivitamin, mang tải trọng thuốc trong một cái túi nhỏ và mang nó xuyên qua đường hầm trong ống tiêu hóa. Viên nhộng có lớp phủ bằng gelatin có thể dễ dàng được phân hủy tại một điều kiện độ pH cụ thể.

Khi lớp phủ phân rã, sự thay đổi pH kích hoạt một cỗ máy nhỏ tí bên trong viên nhộng RoboCap để bắt đầu quay. Chuyển động này giúp viên nhộng tạo đường xuyên qua niêm dịch và dịch chuyển. Đáng chú ý là viên nhộng này còn được phủ bằng những cái đinh nhỏ có thể quét niêm dịch ra xa, tương tự như hành động của một cái bàn chảy đánh răng.

Chuyển động quay cũng giúp làm mòn đi cái khoang kín mang thuốc, vốn được phân rã vào ống tiêu hóa.

“Những gì RoboCap đã làm là dịch chuyển một cách nhanh nhất qua barrier niêm dịch và sau đó là tăng cường khả năng hấp thụ bằng việc tối ưu hóa sự phân phối thuốc ở các điểm cục bộ”, Traverso nói. “Bằng việc kết hợp tất cả những yếu tố đó, chúng tôi đã lập tức tối đa hóa được năng lực của mình để đem lại một điều kiện tối ưu cho thuốc phát huy tác dụng”.

Tăng cường phân phối thuốc

Trong các thử nghiệm trên động vật, các nhà nghiên cứu đã sử dụng viên nhộng này để phân phối insulin hoặc vancomycin, một kháng sinh peptide lớn dùng để điều trị nhiều bệnh nhiễm trùng, bao gồm nhiễm trùng da cũng như nhiễm trùng làm ảnh hưởng đến các mô cấy chỉnh hình. Với viên nhộng này, các nhà nghiên cứu thấy là họ có thể phân phối lượng thuốc gấp 20 đến 40 lần so với viên nhộng thông thường không sử dụng cơ chế xuyên hầm.

Một khi thuốc được giải phóng từ viên nhộng, viên nhộng tự nó sẽ đi qua được trong ống tiêu hóa. Các nhà nghiên cứu không tìm thấy dấu hiệu nào của viêm nhiễm hoặc kích thích ống tiêu hóa sau khi viên nhộng đi qua và họ quan sát thấy lớp niêm dịch tái trở lại trạng thái ban đầu chỉ vài giờ sau khi viên nhộng dịch chuyển.

Một cách tiếp cận khác mà một số nhà nghiên cứu đã áp dụng để tăng cường phân phối thuốc qua đường uống là bổ sung cho chúng một số thuốc để giúp chúng băng qua được các mô ruột. Tuy nhiên, những chất tăng cường thường chỉ hoạt động với những loại thuốc nhất định. Bởi vì cách tiếp cận mới của nhóm nghiên cứu MIT chỉ phụ thuộc vào sự phá vỡ về mặt cơ chế barrier niêm dịch nên nó có tiềm năng được ứng dụng cho một phạm vi rộng các loại thuốc, Traverso nói.

“Một số chất bổ sung hóa học thường ưa kết hợp với một số phân tử thuốc nhất định”, anh nói. “Việc sử sụng các phương pháp cơ học có tiềm năng tăng cường khả năng hấp thụ nhiều loại thuốc hơn”.

Trong khi viên nhộng được sử dụng trong nghiên cứu này giải phóng tải trọng của nó trong ruột non, có thể hữu dụng để hướng đích đến dạ dày hoặc ruột kết bằng việc thay đổi độ pH tại điểm phân rã lớp vỏ gelatin. Các nhà nghiên cứu đã lên kế hoạch khám phá phả năng phân phối các loại thuốc protein khác như GLP1 receptor agonist, vốn thi thoảng được dùng để điều trị bệnh tiểu đường type 2. Các viên nhộng này có thể hữu dụng để phân phối các loại thuốc điều trị viêm loét đại trực tràng và những dạng viêm nhiễm khác bằng việc tối đa hóa sự tập trung của thuốc trong mô để hỗ trợ điều trị viêm nhiễm.

Lê Anh Vũ tổng hợp

Nguồn: https://techxplore.com/news/2022-09-robotic-capsule-drugs-gut.html

https://www.technologynetworks.com/drug-discovery/news/robocap-the-robotic-capsule-designed-to-improve-drug-delivery-in-the-gut-366073

——————————————————-

1. https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abp9066