粘液バリアを突破する

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高タンパク質の薬剤を経口投与することが非常に難しい理由の 1 つは、これらの薬剤が消化管の内側を覆う粘液バリアを通過できないことです。 これは、インスリンやその他のほとんどの「生物学的薬物」（タンパク質または核酸で構成される薬物）は病院で注射または投与する必要があることを意味します。

MIT で開発された新しい薬のカプセルは、いつかそれらの注射を置き換えることができるかもしれません。 カプセルにはロボットキャップが付いており、小腸に到達すると回転して粘液バリアを通過し、カプセルに運ばれた薬剤が腸の内側の細胞に入ることができます。

「粘液を置換することで、局所領域内での薬物の分散を最大化し、小分子と高分子の両方の吸収を高めることができます」と、MIT の機械工学のカール・ファン・タッセルキャリア開発助教授で胃腸科専門医のジョバンニ・トラヴェルソ氏は言う。ブリガム・アンド・ウィメンズ病院にて。

Science Robotics に今日掲載された研究で、研究者らはこのアプローチを使用して、インスリンだけでなく、現在は注射する必要がある抗生物質ペプチドであるバンコマイシンも投与できることを実証しました。

マサチューセッツ工科大学コーク統合がん研究研究所の研究員であり、ハーバード大学フェロー協会のジュニアフェローであるシュリヤ・スリニバサン氏が、この研究の筆頭著者である。

トンネリングスルー

トラヴェルソ氏の研究室は数年間、インスリンなどのタンパク質医薬品を経口投与する戦略を開発してきた。 タンパク質薬剤は消化管の酸性環境で分解される傾向があり、消化管の内側を覆う粘液バリアを通過するのも難しいため、これは困難な作業です。

これらの障害を克服するために、スリニバサン氏は、トンネル掘削機が土壌や岩石に穴を開けるのと同じように、粘液を貫通するメカニズムを備えた保護カプセルを作成するというアイデアを思いつきました。

「粘液をトンネルで通過できれば、上皮に直接薬剤を沈着させることができるのではないかと考えました」と彼女は言う。 「アイデアは、このカプセルを摂取すると、外層が消化管で溶解し、粘液をかき回して消化し始めるこれらすべての機能を露出させるというものです。」

マルチビタミン剤とほぼ同じサイズの「ロボキャップ」カプセルは、一端の小さなリザーバーに薬剤のペイロードを運び、本体と表面にトンネル機能を備えています。 カプセルはゼラチンでコーティングされており、特定の pH で溶解するように調整できます。

コーティングが溶解すると、pH の変化によりロボキャップ カプセル内の小さなモーターが回転し始めます。 この動きは、カプセルが粘液の中にトンネルを作り、粘液を移動させるのに役立ちます。 カプセルには、歯ブラシの作用と同様に、粘液を払い落とす小さなスタッドがコーティングされています。

回転運動は、薬物を運ぶコンパートメントの侵食にも役立ち、薬物は徐々に消化管に放出されます。

「ロボキャップが行うことは、最初の粘液バリアを一時的に移動させ、局所的な薬物の分散を最大化することで吸収を高めることです」とトラヴェルソ氏は言う。 「これらすべての要素を組み合わせることで、薬物が吸収される最適な状況を提供する能力を最大限に高めています。」

配信の強化

動物実験では、研究者らはこのカプセルを使用して、インスリンまたはバンコマイシン（皮膚感染症や整形外科用インプラントに影響を与える感染症など、幅広い感染症の治療に使用される巨大ペプチド抗生物質）のいずれかを投与した。 研究者らは、このカプセルを使用すると、トンネリング機構のない同様のカプセルよりも20～40倍多くの薬剤を送達できることを発見した。

薬物がカプセルから放出されると、カプセル自体は単独で消化管を通過します。 研究者らは、カプセルが通過した後、消化管に炎症や刺激の兆候は見られず、カプセルによって移動されてから数時間以内に粘液層が再形成されることも観察しました。

一部の研究者が薬物の経口送達を強化するために使用した別のアプローチは、腸組織を通過するのを助ける追加の薬物と一緒に薬物を投与することです。 ただし、これらの増強剤は特定の薬物とのみ作用することがよくあります。 MITチームの新しいアプローチは粘液バリアの機械的破壊のみに依存しているため、より幅広い薬剤に適用できる可能性があるとトラヴェルソ氏は言う。

「化学増強剤の中には、特定の薬物分子に優先的に作用するものもあります」と彼は言う。 「機械的な投与方法を使用すると、より多くの薬物の吸収を高めることができる可能性があります。」

この研究で使用されたカプセルは小腸でペイロードを放出しましたが、ゼラチンコーティングが溶解するpHを変更することで、胃や結腸を標的にするためにも使用できます。 研究者らはまた、2型糖尿病の治療に時々使用されるGLP1受容体アゴニストなど、他のタンパク質医薬品を送達する可能性を探る計画も立てている。 このカプセルは、組織内の薬剤の局所濃度を最大にして炎症の治療を助けることにより、潰瘍性大腸炎やその他の炎症状態を治療する局所薬剤を送達するためにも使用できます。

この研究は、国立衛生研究所とマサチューセッツ工科大学機械工学部から一部資金提供を受けました。

この論文の他の著者には、アムロ・アルシャリーフ、アレクサンドリア・ファン、ジリアン・カン、ヨハネス・クオスマネン、石田圭子、ジョシュア・ジェンキンス、サブリナ・リュー、ウィアム・アブドラ・モハメド・マダニ、ヨッヘン・レナーツ、アリソン・ヘイワード、ジョシュ・モリモト、ニーナ・フィッツジェラルド、ロバート・ランガーが含まれる。

MITの研究者らは、消化管の粘液バリアを安全に通過して薬物をより効率的に送達できるロボット錠剤を開発した、とスミソニアン誌のマーガレット・オズボーンが報告している。 「装置のざらつきのある表面が粘液を取り除き、回転運動によって薬物ペイロードのコンパートメントが侵食され、薬物がゆっくりと消化管に放出されます」とオズボーン氏は説明する。

『ニュー・サイエンティスト』の記者アレックス・ウィルキンスは、マサチューセッツ工科大学（MIT）の研究者らが腸内の粘液の中を自ら推進するロボット錠剤を開発し、一部の注射専用薬を経口摂取できる可能性があると書いている。 「錠剤は長さ2.5センチメートル、幅1センチメートルで、大きなマルチビタミン剤とほぼ同じ大きさで、胃酸で溶けるゼラチンカプセルに包まれています」とウィルキンス氏は書いている。 「腸下部の pH によってモーターが作動し、そのモーターは小型バッテリーによって駆動されます。」

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