MIT mühendisleri, ilaç verebilecek veya sindirime yardımcı olabilecek ve diyabet, enfeksiyon ve diğer durumların tedavisine yardımcı olabilecek geçici bir film tasarladı.
MIT mühendisleri, sindirim sisteminde bulunan enzimleri kullanarak, ince bağırsağın iç yüzeyine geçici bir sentetik kaplama uygulamanın bir yolunu buldular. Bu kaplama, ilaç vermek, sindirime yardımcı olmak veya glikoz gibi besinlerin emilmesini önlemek için uyarlanabilir.
Domuzlarda yapılan bir çalışmada araştırmacılar, normalde günde birkaç kez alınması gereken ilaçların dağıtımını basitleştirmek için bu yaklaşımı kullanabileceklerini gösterdiler. Ayrıca, insanların süt şekeri laktozunu sindirmesine yardımcı olan laktaz enzimini vermek ve diyabet veya obeziteyi tedavi etmek için yeni bir strateji sunabilecek glikoz emilimini engellemek için kaplamaları değiştirdiler.
MIT makine mühendisliği yardımcı doçenti, Brigham and Women’s Hospital’da gastroenterolog olan Giovanni Traverso, “Bu üç uygulama oldukça farklı, ancak bu yaklaşımla yapılabilecek şeylerin genişliğine dair bir fikir veriyor” diyor.
Astar, sıvı olarak tüketilebilen dopamin moleküllerinden yapılmış bir polimerden oluşur. Çözelti ince bağırsağa ulaştığında, moleküller, ince bağırsakta bulunan bir enzim tarafından katalize edilen bir reaksiyonda bir polimer halinde birleştirilir.
MIT’nin Koch Bütünleştirici Kanser Araştırmaları Enstitüsü’nde doktora sonrası araştırma yapan Junwei Li, Science Translational Medicine’de yer alan çalışmanın baş yazarıdır.
Yapışkan polimerler
MIT ekibi, özellikle çocuklar için kapsüllere daha kolay yutulabilen bir alternatif sunabilecek sıvı ilaç formülasyonları geliştirmeye çalışmak amacıyla bu proje üzerinde çalışmaya başladı. Fikirleri, monomerlerin (polimerlerin yapı taşları) bir çözeltisi olarak yutulduktan sonra oluşacak bağırsak astarı için bir polimer kaplama oluşturmaktı.
Traverso, “Çocuklar genellikle kapsüller ve tabletler gibi katı dozaj formlarını alamazlar” diyor. “Sentetik bir epitelyal astar oluşturabilecek sıvı formülasyonlar geliştirip geliştiremeyeceğimizi düşünmeye başladık, bu daha sonra ilaç iletimi için kullanılabilir ve bu da hastanın ilacı almasını kolaylaştırır.”
İlhamlarını doğadan aldılar ve midyelerin kayalara yapışmalarına yardımcı olmak için salgıladıkları yapışkan maddenin bir bileşeni olan polidopamin (PDA) adlı bir polimerle deneyler yapmaya başladılar. PDA, beyinde nörotransmiter görevi gören kimyasalın aynısı olan dopamin monomerlerinden yapılır.
Araştırmacılar, katalaz adı verilen bir enzimin dopamin moleküllerini PDA polimerine birleştirmeye yardımcı olabileceğini keşfettiler. Katalaz, özellikle ince bağırsağın üst bölgesinde yüksek seviyelerde olmak üzere, sindirim sistemi boyunca bulunur.
Domuzlarda yapılan bir çalışmada araştırmacılar, dopamini küçük bir miktar hidrojen peroksitle birlikte (güvenli olduğu kabul edilen seviyelerde) sıvı bir çözelti içinde verirlerse, ince bağırsakta bulunan katalazın hidrojen peroksidi suya indirdiğini ve oksijen. Bu oksijen, dopamin moleküllerinin PDA polimerinde birleşmesine yardımcı olur. Birkaç dakika içinde ince bağırsağın astarını kaplayan ince bir PDA filmi oluşur.
Li, “Bu polimerlerin muko-yapışma özellikleri vardır, bu da polimerizasyondan sonra polimerin bağırsak duvarına çok güçlü bir şekilde bağlanabileceği anlamına gelir” diyor. “Bu şekilde, orijinal bağırsak yüzeyinde sentetik, epitel benzeri kaplamalar oluşturabiliriz.”
Araştırmacılar kaplamayı geliştirdikten sonra, çeşitli uygulamalar için onu modifiye etmenin yollarını denemeye başladılar. Filme beta-galaktosidaz (laktaz) adlı bir enzim ekleyebileceklerini ve bu filmin laktoz sindirimine yardımcı olabileceğini gösterdiler. Domuzlarda bu kaplama, laktoz sindiriminin verimliliğini yaklaşık 20 kat artırdı.
Başka bir uygulama için araştırmacılar, parazitik solucanların neden olduğu tropikal bir hastalık olan schistosomiasis’i tedavi etmek için kullanılan prazikuantel adlı bir ilacı dahil ettiler. Genellikle bu ilacın günde üç kez verilmesi gerekir, ancak bu formülasyon kullanılarak günde sadece bir kez verilebilir ve gün boyunca kademeli olarak serbest bırakılabilir. Araştırmacılar, bu yaklaşımın günde bir defadan fazla verilmesi gereken antibiyotikler için de faydalı olabileceğini söylüyor.
Son olarak, araştırmacılar, polimeri, kaplamayı glikoza (ve potansiyel olarak diğer moleküllere) geçirilemez hale getiren küçük çapraz bağlayıcılarla yerleştirebileceklerini gösterdiler. Araştırmacılar, bunun diyabet, obezite veya diğer metabolik bozuklukların yönetimine yardımcı olabileceğini söylüyor.
Geçici kaplama
Bu çalışmada araştırmacılar, kaplamanın yaklaşık 24 saat sürdüğünü, ardından sürekli olarak değiştirilen bağırsak zarını oluşturan hücrelerle birlikte döküldüğünü gösterdi. Araştırmacılar, domuzlardaki çalışmaları için çözümü endoskopi yoluyla teslim ettiler, ancak insan kullanımı için içilebilir bir formülasyon geliştirmeyi düşünüyorlar. Araştırmacılar ayrıca kapsüller ve haplar da dahil olmak üzere başka alternatif formülasyonlar geliştiriyorlar.
Araştırmacılar, farelerde bazı ön güvenlik çalışmaları yaptılar ve dopamin çözeltisinin hiçbir zararlı etkisi olmadığını buldular. Çalışmaları ayrıca, dopamin moleküllerinin çoğunun veya tamamının sentetik kaplamanın bir parçası haline geldiğini ve dokuya veya kan dolaşımına girmediğini, ancak ekip dopaminin sahip olabileceği olası etkileri araştırmak için ek güvenlik çalışmaları yapmayı planladığını ileri sürdü.
Dahası, araştırmacılar 24 saat sonra bağırsağın besin emilim kapasitesini araştırdılar ve gastrointestinal sentetik epitel astarı (GSEL) alan hayvanlar ile GSEL almayanlar arasında hiçbir fark göstermedi.
Ekip, kaplamanın insan GI dokusuna iyi yapışabildiğini de buldu.
Referans: 26 Ağustos 2020, Science Translational Medicine .
Araştırma, Bill & Melinda Gates Vakfı, Ulusal Sağlık Enstitüleri ve MIT’nin Makine Mühendisliği Bölümü tarafından finanse edildi.