Von Schildkröten inspiriert

Insulinkapsel schlucken und trotzdem injizieren

Remagen - 11.02.2019, 14:30 Uhr

Die Kapsel kann sich selbst ausrichten. Die Wissenschaftler haben sich das von der Leopardenschildkröte abgeschaut. (Foto:                                 
                                        


                                        Sibylle

                                        
                                / stock.adobe.com)

Die Kapsel kann sich selbst ausrichten. Die Wissenschaftler haben sich das von der Leopardenschildkröte abgeschaut. (Foto: Sibylle / stock.adobe.com)


Einen Wirkstoff zuerst schlucken und dann trotzdem injizieren? Wie soll das denn gehen? Dies fragt man sich zu Recht angesichts der neuen Entwicklung eines Teams von Wissenschaftlern unter der Leitung des renommierten Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge. Ein innovatives Freisetzungsvehikel könnte möglicherweise die Injektionen ersetzen, die sich Menschen mit Typ-1-Diabetes täglich selbst geben müssen.

Ein Forschungsteam unter der Leitung des Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat eine neuartige Darreichungsform entwickelt, mit der Insulin oral gegeben, dann aber trotzdem intern injiziert werden könnte, und zwar eigenständig und direkt aus dem Freisetzungsvehikel in die Magenwand. Die Wissenschaftler beschreiben ihre „Erfindung“ im Detail in der Fachzeitschrift Science und erläutern in einer gesonderten Mitteilung,  was es damit auf sich hat

Gefriergetrocknetes Insulin in Nadelform

Das Vehikel mit Namen „self-orienting millimeter-scale applicator“ (SOMA) ist eine Kapsel, etwa so groß wie eine Heidelbeere. Diese enthält eine kleine Nadel, die zu fast einhundert Prozent aus komprimiertem, gefriergetrocknetem Insulin besteht. Die Nadel ist innerhalb der Kapsel an einer zusammengedrückten Feder befestigt, die durch eine Scheibe aus Zucker an Ort und Stelle gehalten wird. Wird die Kapsel verschluckt, so löst sich die Zuckerscheibe im wässrigen Magenmilieu auf. Dadurch wird die Feder ausgelöst und die Nadel dringt in die Magenwand ein. Der Schaft der Nadel, der nicht in die Magenwand eindringt, besteht aus einem anderen biologisch abbaubaren Material. Die Magenwand hat keine Schmerzrezeptoren. Daher glauben die Forscher, dass Patienten die Injektion nicht fühlen könnten. 

Von einer Schildkröte abgeguckt

„Wichtig ist, dass die Nadel bei der Injektion Kontakt mit dem Gewebe hat“, erklärt der Erstautor der Publikation, MIT-Student Alex Abramson. Um dies sicherzustellen, wurde das System so konzipiert, dass sich die Kapsel, egal wie sie im Magen landet, von alleine entsprechend ausrichten kann. Die Inspiration für diese Selbstorientierung gewannen die Wissenschaftler von der Leopardenschildkröte, die in Afrika zu finden ist. Die Schildkröte hat eine Schale mit einer hohen, steilen Kuppel. Dadurch kann sie sich selbst aufrichten, wenn sie auf den Rücken rollt. Mit Hilfe von Computermodellen fanden die Forscher eine Variante dieser Form für ihre Kapsel, die es ihr erlaubt, sich selbst in der dynamischen Umgebung des Magens neu zu orientieren. „Auch wenn sich eine Person bewegt oder der Magen knurren würde, würde sich das Gerät seine bevorzugte Ausrichtung nicht verlassen“, schildert Abramson. Ein kleines Video veranschaulicht, wie das Ganze funktioniert.

               

Wie viel Insulin kann abgegeben werden?

Sobald die Nadelspitze in die Magenwand injiziert wird, löst sich das Insulin mit einer Geschwindigkeit auf, die von den Forschern über die Herstellung der Kapsel kontrolliert werden kann. In ihrer Studie dauerte es etwa eine Stunde, bis das gesamte Insulin vollständig in den Blutstrom abgegeben wurde. In Tests an Schweinen zeigten sie, dass die Kapsel bis zu 300 Mikrogramm Insulin erfolgreich abgeben konnte. Vor kurzem konnte die Dosis sogar bis auf 5 Milligramm erhöht werden. Dies ist vergleichbar mit der Menge, die ein Patient mit Typ-1-Diabetes sich selbst injizieren müsste. Nachdem die Kapsel ihren Inhalt freigegeben hat, kann sie das Verdauungssystem ohne Probleme passieren. Die Forscher fanden keine unerwünschten Wirkungen durch die Kapsel, die aus biologisch abbaubaren Polymer- und Edelstahlkomponenten besteht.  

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Viele andere Einsatzmöglichkeiten

„Wir sind sehr zuversichtlich, dass diese neue Art von Kapsel eines Tages Diabetikern und vielleicht jedem bei Therapien helfen kann, die derzeit nur durch Injektionen oder Infusionen verabreicht werden können", sagt Robert Langer, Professor am David H. Koch-Institut, Mitglied des MIT Koch-Instituts für integrative Krebsforschung und einer der Leitautoren der Studie. Giovanni Traverso, Fakultätsmitglied der MIT-Abteilung für Maschinenbau und ebenfalls Leitautor der Studie fügt an: „Unsere Motivation ist es, Patienten die Einnahme von Medikamenten zu erleichtern, insbesondere von Medikamenten, die eine Injektion erfordern. Der Klassiker ist Insulin, aber es gibt viele andere.“

Das MIT-Team, zu dem auch Wissenschaftler des Pharmakonzerns Novo Nordisk gehören, glaubt, dass diese Art der Medikamentenabgabe für jedes Proteinarzneimittel nützlich sein könnte, das normalerweise injiziert werden muss, wie zum Beispiel Immunsuppressiva, die zur Behandlung von rheumatoider Arthritis oder entzündlichen Darmerkrankungen verwendet werden. Es könnte auch mit Nukleinsäuren wie DNA und RNA funktionieren, so ihre Einschätzung.

Bahnbrechende Technologie

Maria José Alonso, Professorin für Biopharmazie und pharmazeutische Technologie an der Universität von Santiago de Compostela in Spanien, die nicht an der Forschung beteiligt war, ist in der MIT-Mitteilung voll des Lobes für die neue Technologie: „Wir sprechen nicht über inkrementelle Verbesserungen der Insulinabsorption, wie dies die meisten Forscher bisher gezeigt haben“, stellt Alonso fest. „Dies ist bei weitem die realistischste und wirkungsvollste bahnbrechende Technologie, die bisher für die orale Peptidabgabe entdeckt wurde.“



Dr. Helga Blasius (hb), Apothekerin
redaktion@daz.online


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