Utilizando propulsión a chorro inspirada en el calamar, los investigadores demuestran un sistema de microchorros que administra medicamentos directamente a los tejidos, igualando la eficacia de las agujas tradicionales.
En un estudio reciente publicado en Nature , un equipo de investigación dirigido por científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts y Novo Nordisk exploró un novedoso sistema de microchorro sin agujas para administrar medicamentos directamente en el tracto gastrointestinal.
Inspirados en el sistema de propulsión a chorro de los cefalópodos, estos dispositivos fueron diseñados para administrar de manera eficiente macromoléculas como la insulina y el ácido ribonucleico (ARN) a través de chorros precisos de alta presión en el tracto gastrointestinal, mejorando potencialmente la absorción de medicamentos y abordando los desafíos asociados con los métodos tradicionales de administración basados en inyecciones.
La administración de medicamentos para macromoléculas ha dependido de inyecciones con agujas, lo que plantea problemas como la necesidad de formación médica, el riesgo de lesiones relacionadas con las agujas y el desafío de desechar objetos punzantes.
En los últimos tiempos, el desarrollo de dispositivos ingeribles ha ofrecido una alternativa conveniente, que potencialmente mejora el cumplimiento del tratamiento por parte del paciente.
Sin embargo, los dispositivos de administración oral actuales tienen dificultades para administrar eficazmente moléculas grandes, como proteínas, debido a su vulnerabilidad a la descomposición digestiva.
Muchos sistemas orales tampoco logran alcanzar niveles de biodisponibilidad comparables a los de las inyecciones subcutáneas.
Además, aunque los dispositivos robóticos y autónomos han demostrado cierto éxito en la administración de fármacos sin agujas y de forma autodirigida, estos métodos han permanecido en gran medida poco explorados para aplicaciones gastrointestinales.
En este estudio, inspirados en los mecanismos de propulsión naturales observados en los cefalópodos, los investigadores se propusieron desarrollar un método de administración de fármacos basado en chorros para mejorar la administración segura y eficaz de moléculas grandes en los tejidos gastrointestinales.
Desarrollaron y probaron una serie de dispositivos de microchorros (sistemas MiDe) diseñados para administrar fármacos directamente en el tracto gastrointestinal.
Se crearon cuatro configuraciones de dispositivo: dos versiones autónomas y autoactivables (MiDeRadAuto y MiDeAxAuto) y dos versiones compatibles con guía endoscópica (MiDeRadEndo y MiDeAxEndo).
Además, la orientación de cada dispositivo se optimizó para secciones específicas del tracto gastrointestinal.
Los modelos radiales se diseñaron para abordar estructuras tubulares como el intestino delgado, mientras que los modelos axiales fueron adecuados para áreas más amplias del estómago.
Los dispositivos se calibraron primero en entornos de laboratorio mediante estudios in vitro y ex vivo .
Durante estas pruebas, los investigadores variaron el diámetro de la boquilla, la presión de entrada y el ángulo del chorro para determinar las condiciones óptimas para una penetración eficaz en el tejido.
Los ensayos ex vivo en tejido gastrointestinal porcino midieron la profundidad y la distribución del suministro de líquido en las capas de tejido mediante tomografía computarizada (TC) para visualizar la distribución del líquido.
Después de estas pruebas, los investigadores ajustaron la presión del dispositivo y las dimensiones de la boquilla para producir chorros de alta presión adecuados para diferentes regiones gastrointestinales.
Además, en los ensayos in vivo , los dispositivos MiDe administraron agentes terapéuticos como insulina, análogos del péptido similar al glucagón 1 (GLP-1) y ARN interferente pequeño (siRNA) en sitios gastrointestinales específicos en cerdos y perros.
Posteriormente, los investigadores recogieron muestras de sangre a intervalos regulares para medir la biodisponibilidad sistémica.
Además, se utilizaron imágenes de alta velocidad para capturar la dinámica de la inyección, lo que permitió a los investigadores evaluar la estabilidad y el retroceso del dispositivo.
También se realizaron pruebas de seguridad y precisión para confirmar la idoneidad del dispositivo para su uso en el tracto gastrointestinal sin causar efectos adversos ni daños a los tejidos circundantes.
