Recubrimiento sintético para el tracto GI podría administrar medicamentos o ayudar en la digestión
Tejido intestinal de cerdos. Panel izquierdo sin recubrimiento y panel derecho recubierto con GSEL. Crédito: Junwei Li
Usando enzimas que se encuentran en el tracto digestivo, los ingenieros del MIT han ideado una forma de aplicar un recubrimiento sintético temporal al revestimiento del intestino delgado. Este recubrimiento podría adaptarse para administrar medicamentos, ayudar en la digestión o evitar que se absorban nutrientes como la glucosa.
En un estudio realizado en cerdos, los investigadores demostraron que podían usar este enfoque para simplificar la administración de medicamentos que normalmente deben tomarse varias veces al día. También modificaron los recubrimientos para administrar la enzima lactasa, que ayuda a las personas a digerir la lactosa, el azúcar de la leche, y para bloquear la absorción de glucosa, lo que podría ofrecer una nueva estrategia para tratar la diabetes o la obesidad.
«Estas tres aplicaciones son bastante distintos, pero ofrecen una idea de la amplitud de las cosas que se pueden hacer con este enfoque», dice Giovanni Traverso, profesor asistente de ingeniería mecánica del MIT, gastroenterólogo en el Brigham and Women’s Hospital y autor principal del estudio.
El revestimiento consiste en un polímero hecho de moléculas de dopamina, que se puede consumir en forma líquida. Una vez que la solución llega al intestino delgado, las moléculas se ensamblan en un polímero, en una reacción catalizada por una enzima que se encuentra en el intestino delgado.
Junwei Li, posdoctorado en el Instituto Koch para la Investigación Integral del Cáncer del MIT, es el autor principal del estudio, que aparece en Science Translational Medicine.
El asociado postdoctoral Junwei Li, autor principal del estudio, sostiene un ejemplo de una cápsula que contiene su enzima. Crédito: Melanie Gonick/MIT
Polímeros pegajosos
El equipo del MIT comenzó a trabajar en este proyecto con el objetivo de tratar de desarrollar formulaciones de medicamentos líquidos que pudieran ofrecer una alternativa más fácil de tragar a las cápsulas, especialmente para niños. Su idea era crear una capa de polímero para el revestimiento intestinal, que se formaría después de tragarse como una solución de monómeros (los componentes básicos de los polímeros).
«Los niños a menudo no pueden tomar dosis sólidas formas como cápsulas y tabletas», dice Traverso. «Empezamos a pensar si podíamos desarrollar formulaciones líquidas que pudieran formar un revestimiento epitelial sintético que luego pudiera usarse para la administración de medicamentos, lo que facilita que el paciente reciba el medicamento».
Tomaron su se inspiró en la naturaleza y comenzó a experimentar con un polímero llamado polidopamina (PDA), que es un componente de la sustancia pegajosa que secretan los mejillones para ayudarlos a adherirse a las rocas. La PDA está hecha de monómeros de dopamina, la misma sustancia química que actúa como neurotransmisor en el cerebro.
Los investigadores descubrieron que una enzima llamada catalasa podría ayudar a ensamblar moléculas de dopamina en el polímero de la PDA. La catalasa se encuentra en todo el tracto digestivo, con niveles especialmente altos en la región superior del intestino delgado.
El revestimiento sintético era estable y permanecía adherido a una sección del intestino delgado cuando se agitaba. Crédito: J. Li et al., Science Translational Medicine (2020)
En un estudio realizado en cerdos, los investigadores demostraron que si estos administran dopamina en una solución líquida, junto con una pequeña cantidad de peróxido de hidrógeno (a niveles reconocidos para estar seguro), la catalasa en el intestino delgado descompone el peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno. Ese oxígeno ayuda a que las moléculas de dopamina se unan en el polímero PDA. En unos pocos minutos, se forma una película delgada de PDA que recubre el revestimiento del intestino delgado.
«Estos polímeros tienen propiedades de mucoadhesión, lo que significa que después de la polimerización, el polímero puede adherirse a la pared intestinal con mucha fuerza», dice Li. «De esta manera, podemos generar recubrimientos sintéticos similares a epiteliales en la superficie intestinal original».
Una vez que los investigadores desarrollaron el recubrimiento, comenzaron a experimentar con formas de modificarlo para una variedad de aplicaciones. Demostraron que podían unir una enzima llamada beta-galactosidasa (lactasa) a la película, y que esta película podría ayudar con la digestión de la lactosa. En los cerdos, este recubrimiento mejoró la eficiencia de la digestión de la lactosa alrededor de 20 veces.
Para otra aplicación, los investigadores incorporaron un medicamento llamado praziquantel, que se usa para tratar la esquistosomiasis, una enfermedad tropical causada por gusanos parásitos. Por lo general, este medicamento debe administrarse tres veces al día, pero con esta formulación, podría administrarse solo una vez al día y liberarse gradualmente a lo largo del día. Este enfoque también podría ser útil para los antibióticos que deben administrarse más de una vez al día, dicen los investigadores.
Por último, los investigadores demostraron que podían incrustar el polímero con diminutos reticuladores que hacen que el recubrimiento sea impenetrable para glucosa (y potencialmente otras moléculas). Esto podría ayudar en el control de la diabetes, la obesidad u otros trastornos metabólicos, dicen los investigadores.
Video que describe el trabajo y las aplicaciones respaldadas por los revestimientos epiteliales sintéticos gastrointestinales. Crédito: Giancarlo Traverso
Recubrimiento temporal
En este estudio, los investigadores demostraron que el recubrimiento dura alrededor de 24 horas, después de lo cual se desprende junto con las células que forman el revestimiento intestinal, que es reemplazado continuamente. Para sus estudios en cerdos, los investigadores administraron la solución por endoscopia, pero prevén desarrollar una formulación bebible para uso humano. Los investigadores también están desarrollando otras formulaciones alternativas, incluidas cápsulas y píldoras.
Los investigadores realizaron algunos estudios preliminares de seguridad en ratas y descubrieron que la solución de dopamina no tenía efectos nocivos. Sus estudios también sugirieron que la mayoría o todas las moléculas de dopamina se vuelven parte del recubrimiento sintético y no llegan al tejido ni al torrente sanguíneo, pero el equipo planea realizar estudios de seguridad adicionales para explorar los posibles efectos que la dopamina pueda tener.
Además, los investigadores investigaron la capacidad de absorción de nutrientes del intestino después de 24 horas y no mostraron diferencias entre los animales que habían recibido el revestimiento epitelial sintético gastrointestinal (GSEL) y los que no habían recibido el GSEL.
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Además, el equipo descubrió que el recubrimiento podía adherirse bien al tejido gastrointestinal humano.
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El nuevo modelo del tracto gastrointestinal podría acelerar el desarrollo de fármacos Más información: J. Li el al., «Revestimientos epiteliales sintéticos gastrointestinales», Science Translational Medicine (2020). stm.sciencemag.org/lookup/doi/ … scitranslmed.abc0441 Información de la revista: Science Translational Medicine
Proporcionado por el Instituto Tecnológico de Massachusetts Cita: El revestimiento sintético para el tracto GI podría administrar medicamentos o ayudar en la digestión (2020 , 26 de agosto) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-08-synthetic-coating-gi-tract-drugs.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.