Спагетти из нановолокна

Несмотря на то, что это наиболее распространенный, экономически эффективный и практичный метод введения лекарств, пероральная доставка лекарств для макромолекул, включая нуклеиновые кислоты и белки, ограничена ухудшающейся средой желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) и плохой абсорбцией (1). Лекарства должны преодолевать жесткую кислую среду желудка, растворяться в жидкости желудочно-кишечного тракта, оставаться стабильными среди динамичной кишечной микробиоты и разлагающих ферментов, проникать через вязкий слизистый барьер и избегать откачивающих насосов для достижения терапевтической биодоступности (2, 3). Субтерапевтические уровни пероральной биодоступности приводят к тому, что многие лекарства требуют альтернативных и часто более обременительных путей введения.

Например, инсулин, ежедневно необходимый миллионам больных диабетом во всем мире, представляет собой пептид с биодоступностью при приеме внутрь менее 1%, что требует подкожных инъекций, что может привести к беспокойству, боли и неадгезии, связанным с инъекциями (4-6). Альтернативно, в случае ванкомицина, небольшой молекулы, обычно используемой при серьезных грамположительных бактериальных инфекциях, пероральная биодоступность от 0,069 до 4% вынуждает к внутривенному введению, требующему дорогостоящей госпитализации (7-9). Технологии для преодоления препятствий всасывания, распределения, метаболизма и выведения, которые необходимы для превращения химических веществ-кандидатов в лекарства, предоставляют большую возможность помочь пациентам получить необходимую фармакологическую терапию и поддержать фармацевтическую промышленность в разработке более приемлемых лекарств (10).

Абсорбция, первая стадия проникновения, в основном затруднена слизистым барьером. Благодаря своим вязким, гидрофильным, частым оборотам и свойствам геля, разжижающего при сдвиге, слизь служит динамическим, стерическим и интерактивным барьером, предотвращающим попадание лекарств в просвет на поверхность эпителия (11). Ранее были разработаны микроперемешалки для перемешивания in situ, которые продемонстрировали способность увеличивать скорость всасывания и биодоступность (12). Нанобиотехнологические подходы, в том числе трубчатые микрометры, покрытые рН-чувствительными полимерами, способны к целенаправленной доставке и продемонстрировали повышенную задержку в тканях желудка и слизистой оболочке, но их применение ограничено определенными типами лекарств и не было масштабировано для крупных моделей животных или людей (13, 14). Проникающие в слизь ПЭГилированные липосомы обладают повышенной проницаемостью для тканей, хотя они требуют громоздкой оптимизации, специфичной для конкретного препарата (15). Ультразвуковые колебания (16) и низкочастотные микровибрации (17) также показали эффективность в механическом стимулировании более высоких скоростей транспортировки, но требуют более удобных режимов введения для клинического применения. Скорость переноса лекарств через вязкую слизь можно ускорить, увеличивая дисперсию лекарств, вызывая перемешивание в слое слизи и временно обнажая эпителиальный слой.

Здесь мы описываем разработку RoboCap, перорально принимаемого роботизированного устройства для доставки лекарств, которое локально очищает слой слизи, улучшает перемешивание и местно наносит полезную нагрузку лекарства для улучшения всасывания лекарства (Ролик 1). Вращательные и сбивающие движения RoboCap генерируются поверхностными элементами, предназначенными для непосредственного взаимодействия с тонкими кишечными (SI) складками, ворсинками и слизью.

Источник scientificrobots