Científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur) ha desarrollado nanopartículas de insulina que algún día podrían convertirse en la base de un medicamento oral. y una alternativa a las inyecciones de insulina para pacientes diabéticos.

En un estudio preclínico, El equipo de NTU Singapur alimentó a ratas con nanopartículas que contenían insulina y descubrió que la insulina aumentaba en la sangre minutos después.

La terapia con insulina es a menudo una parte importante del tratamiento de la diabetes. una enfermedad metabólica que afecta a 422 millones de personas en todo el mundo. En Singapur, Se espera que el número de diabéticos aumente a 1 millón, casi una quinta parte de la población, en 2050.

La administración de insulina por vía oral sería preferible a las inyecciones de insulina para los pacientes porque causa menos dolor que las inyecciones. y por tanto podría conducir a un mejor cumplimiento por parte del paciente. Pero la dosificación oral sigue siendo un desafío. Como la insulina es una proteína, se degrada en el tracto gastrointestinal antes de que pueda llegar al torrente sanguíneo para regular la glucosa en sangre.

Para superar este desafío, el equipo interdisciplinario compuesto por científicos de la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la NTU y la Escuela de Medicina Lee Kong Chian (LKCMedicine) diseñó una nanopartícula cargada con insulina en el núcleo, luego recubierto con capas alternas de insulina y quitosano, un azúcar natural. La dosificación se logra controlando el número de capas en la nanopartícula.

A través de experimentos de laboratorio utilizando cultivos celulares y modelos de ratas, el equipo dirigido por el investigador principal de NTU, el Dr. Huang Yingying, El profesor asociado Yusuf Ali y el ex profesor de NTU Subbu Venkatraman, demostró que esta nanopartícula recubierta capa por capa es estable a medida que pasa a través del estómago hacia el intestino delgado con una liberación mínima de insulina, y puede atravesar las paredes intestinales hacia el torrente sanguíneo.

Dr. Huang Yingying de la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales en NTU, el coautor principal del estudio, dijo:"Los esfuerzos para desarrollar productos de insulina oral han tenido poco éxito porque estos productos conllevan un riesgo de seguridad, o requieren dosis frecuentes debido a la capacidad del fármaco de contener solo una pequeña cantidad de insulina. Las pruebas de nuestra nanopartícula de insulina desarrollada por NTU en ratas muestran que puede transportar una cantidad suficientemente grande de insulina para el efecto terapéutico deseado y, al mismo tiempo, es lo suficientemente pequeña como para pasar a través de las paredes intestinales al torrente sanguíneo. Esto indica su posible aplicación para la administración oral de insulina en humanos. Creemos que el mismo concepto también podría ser útil para otros fármacos proteicos que normalmente deben inyectarse ".

Profesor asociado Yusuf Ali de NTU LKCMedicine, el coautor del estudio, dijo:"La insulina ahora se administra debajo de la piel con una aguja fina varias veces al día, dependiendo de la formulación. Aparte del dolor y las molestias, estos pinchazos también conllevan el riesgo de que los pacientes desconozcan su nivel bajo de azúcar en sangre, que podría convertirse en una condición potencialmente mortal en un diabético. LKCMedicine ahora está impulsando el desarrollo de esta nanopartícula con más trabajo preclínico, y tenemos la esperanza de que nuestro trabajo algún día pueda reemplazar las dolorosas inyecciones de insulina con una simple y pequeña píldora ".

Los hallazgos fueron publicados en la revista científica. Nanoescala en noviembre.

Un enfoque de múltiples capas para la administración de insulina oral

La insulina es una hormona natural que es fundamental para la regulación de los niveles de glucosa en sangre. especialmente después de una comida.

En individuos sanos, la insulina producida en el páncreas ingresa al torrente sanguíneo y se distribuye a los órganos metabólicos clave. Instruye al hígado, músculos, y células grasas para absorber más glucosa del torrente sanguíneo y almacenarla para uso futuro.

Al mismo tiempo, la insulina empuja al hígado para reducir la tasa de producción de glucosa nueva, y en conjunto, estos sirven para reducir eficazmente los niveles de glucosa en sangre.

A diferencia de, Los pacientes diabéticos no producen suficiente insulina para satisfacer las demandas corporales. En casos graves, la insulina debe administrarse a través de una aguja en el tejido graso debajo de la piel. Desde allí, pasa a la circulación sanguínea general en todo el cuerpo antes de viajar al hígado.

La nanopartícula de insulina oral desarrollada por NTU imita más de cerca la ruta por la cual la insulina natural ingresa al torrente sanguíneo desde el hígado. un órgano importante para controlar los niveles de glucosa en sangre.

Cada una de estas nanopartículas tiene un tamaño de aproximadamente 200 nm, al menos 1, 000 times smaller than a pollen grain. Insulin is first loaded into the liposome, a tiny sphere at the core of the nanoparticle. The liposome is then coated with 11 alternating layers of insulin and chitosan of three different molecular weights, an approach that allows more insulin to be loaded.

When the insulin nanoparticle enters an acidic environment of the stomach, its layers start to repel each other, resulting in the slow release of insulin from the outermost layer, and leading inwards. While it loses some insulin as it travels down the gastrointestinal tract, the nanoparticle has enough coatings that by the time it is transported through the intestinal wall and into the bloodstream, the insulin in the remaining layers and at the liposome core is still intact.

Proof-of-concept study

To investigate the feasibility of the insulin nanoparticle for oral delivery, the NTU team first conducted a series of lab experiments to establish the nanoparticle's stability, its ability to pass through the intestinal wall, and the efficacy of the insulin in the nanoparticles that have been transported through the intestinal wall.

After leaving the nanoparticles in fluid that simulates the stomach environment, the team found that 6 percent of the insulin from the nanoparticle was released in one hour, and 94 percent remained encapsulated. It takes about one hour for food to pass through the stomach and into the small intestine, which has a less harsh environment.

When tested on the human cell line Caco-2—a widely used model for studying the transport of molecules across the intestinal wall—the scientists found that the amount of insulin transported across was three times higher when loaded into the nanoparticle, compared to bare insulin solution.

The scientists also tested the rate at which nanoparticle insulin is absorbed and cleared in the bloodstream of rats. In rats fed orally with insulin nanoparticles, the insulin concentration in the blood peaked at the 30-minute mark and was entirely eliminated in four hours.

Assoc Prof Yusuf Ali said:"Taken together, these lab experiments showed that our layer-by-layer approach limited the exposure of insulin to the gastrointestinal environment, preventing premature degradation of the insulin. We are now studying if this peak comes earlier than the 30-minute mark—an indicator of how closely the insulin from our nanoparticle follows the ebb and flow of naturally-produced insulin in the bloodstream."

The rapid absorption and elimination of insulin released from these multi-layered nanoparticles demonstrates a proof of concept in replicating meal-related metabolic responses in individuals without diabetes, said Dr. Huang, adding that the level of insulin concentration can be further increased by repeating the number of alternating insulin and chitosan layers on the nanoparticle surface.