Los pacientes con diabetes tipo I suelen inyectarse insulina varias veces al día, un proceso doloroso que reduce la calidad de vida. Los medicamentos inyectables también están asociados con el incumplimiento, lo que puede resultar en complicaciones a largo plazo para pacientes con enfermedades crónicas y aumentos dramáticos en los costos de atención médica.

Entonces, lo que impide que los médicos prescriban una solución mucho más sencilla, como una pastilla de insulina? Nuestros propios sistemas de digestión tienen la culpa, porque en este caso, funcionan demasiado bien para su propio bien.

"Nuestros cuerpos ven las proteínas que ingerimos como alimento, incluso si se trata de un fármaco proteico terapéutico como la insulina. Las proteínas que ingresan al estómago se digieren en aminoácidos individuales y pierden cualquier función terapéutica prevista. "explica Katie Whitehead, profesor asistente de ingeniería química en la Universidad Carnegie Mellon.

Incluso si la droga de alguna manera pudiera hacer el viaje al intestino delgado sin ser digerida, nuestro cuerpo todavía no podría absorberlo. Los medicamentos de proteínas grandes no penetran en el revestimiento intestinal, lo que significa que es imposible que el medicamento pase al torrente sanguíneo y comience a funcionar en el cuerpo.

Whitehead vio este desafío de administración de medicamentos como una oportunidad para unir fuerzas con su colega Alan Russell, profesor y director del Instituto de Tecnología en Salud Disruptiva. Con la experiencia de Whitehead en sistemas de administración de fármacos y la experiencia de Russell en ingeniería de proteínas a base de polímeros, el equipo desarrolló una solución novedosa. Su investigación fue publicada recientemente en La Revista de Publicaciones Controladas .

Usando una técnica llamada Polimerización Radical de Transferencia Atómica (ATRP) (que fue desarrollada en Carnegie Mellon por el profesor de química Krzysztof Matyjaszewski), el equipo creó una proteína empaquetada que sobrevive a condiciones similares a la digestión y se transporta fácilmente a través de la barrera intestinal en un modelo de cultivo celular. La proteína utilizada en este estudio sirvió de modelo para fármacos terapéuticos como la insulina.

El ATRP permitió a Russell unir un polímero a la proteína modelo. Una vez adjunto, este polímero actuó como un escudo contra las enzimas digestivas en el estómago.

"Nuestro equipo había desarrollado un polímero que era muy estable, lo suficiente como para sobrevivir en ácido clorhídrico, ", dice Russell." Estábamos seguros de que podríamos usar este polímero para proteger la proteína modelo del estómago, pero el segundo desafío seguía siendo mover selectivamente la proteína modelo a través de la pared intestinal ".

Para afrontar este desafío, Whitehead identificó una estructura química llamada fenilpiperazina que aumenta la permeabilidad del intestino. Al rodear la proteína en un polímero hecho de fenilpiperazina, la proteína modelo atravesó fácilmente las barreras de las células intestinales. Notablemente, el equipo de investigación aumentó el transporte de la proteína modelo sin aumentar el transporte de otros compuestos nocivos, como productos de desecho, a través del intestino.

"Estamos entusiasmados con esta investigación porque hemos demostrado que la conjugación de polímeros se puede utilizar para lograr la administración oral de proteínas. Estos hallazgos dan lugar a muchas más preguntas que esperamos abordar," por ejemplo, cómo la estructura y la arquitectura del polímero influyen en el proceso de entrega, así como si estos resultados se traducen en vivo , "dice Whitehead.

Los investigadores consideran que este proyecto es un paso introductorio importante en su investigación hacia el desarrollo de sistemas de administración de fármacos por vía oral que se puedan probar y utilizar clínicamente.