とエンジニアは、薬物を供給したり消化を助けたり、糖尿病、感染症、その他の状態の治療に役立つ一時的なフィルムを考案します。
消化管に見られる酵素を使用することにより、MITエンジニアは、小腸の裏地に一時的な合成コーティングを適用する方法を考案しました。このコーティングは、薬物の供給、消化の助け、グルコースなどの栄養素を吸収するのを防ぐために適応できます。
豚で実施された研究では、研究者は、このアプローチを使用して、通常1日に複数回服用する必要がある薬の分娩を簡素化できることを実証しました。また、コーティングを修正して、酵素ラクターゼを供給しました。これは、人々が乳糖乳糖を消化し、糖尿病や肥満を治療するための新しい戦略を提供できるグルコース吸収をブロックするのに役立ちます。
「これらの3つのアプリケーションはかなり明確ですが、このアプローチで行うことができることの幅の幅を提供します」と、Brigham and Women's Hospitalの消化器専門医であり、研究の上級著者であるMIT Mechanical Engineeringの助教授であるGiovanni Traverso氏は述べています。
裏地は、から作られたポリマーで構成されていますドーパミン液体として消費できる分子。溶液が小腸に到達すると、分子は小腸で見つかった酵素によって触媒される反応で、ポリマーに組み立てられます。
MITのKoch Institute for Integrative Cancer ResearchのポスドクであるJunwei Liは、この研究の主執筆者であり、科学翻訳医学。
粘着性ポリマー
MITチームは、特に子供向けのカプセルに代わるより膨大な散水の代替品を提供できる液体薬物製剤を開発しようとすることを目指して、このプロジェクトに取り組み始めました。彼らのアイデアは、腸内層のポリマーコーティングを作成することでした。これは、モノマー（ポリマーの構成要素）の溶液として飲み込まれた後に形成されます。
「子どもたちはしばしば、カプセルや錠剤のような堅実な投与型を服用することができません」とトラベルソは言います。 「私たちは、薬物送達に使用できる合成上皮の裏地を形成できる液体製剤を開発できるかどうかを考え始め、患者が薬を受けやすくなります。」
彼らは自然からインスピレーションを得て、ポリドパミン（PDA）と呼ばれるポリマーを実験し始めました。これは、ムール貝が岩にしがみつくのを助けるために分泌する粘着物質の成分です。 PDAはドーパミンのモノマーから作られています - 神経伝達物質脳で。
研究者は、カタラーゼと呼ばれる酵素がドーパミンの分子をPDAポリマーに組み込むのに役立つことを発見しました。カタラーゼは消化管全体に見られ、特に小腸の上部領域で高レベルがあります。
ブタで実施された研究では、研究者は、液体溶液にドーパミンを供給すると、少量の過酸化水素（安全であると認識されているレベル）とともに、小腸のカタラーゼが過酸化水素を水と酸素に分解することを示しました。その酸素は、ドーパミン分子がPDAポリマーに結合するのに役立ちます。数分以内に、PDAの薄膜が形成され、小腸の裏地をコーティングします。
「これらのポリマーには粘液接着特性があります。つまり、重合後、ポリマーは腸の壁に非常に強く付着できることを意味します」とLi氏は言います。 「このようにして、元の腸の表面に合成の上皮のようなコーティングを生成できます。」
研究者がコーティングを開発すると、彼らはさまざまなアプリケーションのためにそれを変更する方法を実験し始めました。彼らは、ベータガラクトシダーゼ（ラクターゼ）と呼ばれる酵素をフィルムに結合できることを示し、このフィルムは乳糖消化に役立つ可能性があることを示しました。ブタでは、このコーティングにより、乳糖消化の効率が約20倍になりました。
別のアプリケーションのために、研究者は、寄生虫によって引き起こされる熱帯疾患である住血吸虫症の治療に使用されるPraziquantelと呼ばれる薬を組み込みました。通常、この薬は1日3回投与する必要がありますが、この製剤を使用して、1日に1回だけ投与され、1日を通して徐々に放出される可能性があります。このアプローチは、1日に1回以上与えなければならない抗生物質にも役立つ可能性がある、と研究者は言います。
最後に、研究者は、コートをグルコース（および潜在的に他の分子）に侵入できない小さな架橋剤でポリマーを埋め込むことができることを示しました。これは、糖尿病、肥満、またはその他の代謝障害の管理に役立つ可能性がある、と研究者は言う。
一時的なコーティング
この研究では、研究者はコーティングが約24時間持続することを示し、その後、腸の内側を構成する細胞とともに脱落し、継続的に交換されています。豚での研究のために、研究者は内視鏡検査で解決策を提供しましたが、人間の使用のための飲料製剤の開発を想定しています。研究者はまた、カプセルや丸薬など、他の代替製剤を開発しています。
研究者は、ラットでいくつかの予備的な安全研究を実施し、ドーパミン溶液には有害な効果がないことを発見しました。彼らの研究はまた、ドーパミン分子のほとんどまたはすべてが合成コーティングの一部になり、組織や血流に陥らないことを示唆していますが、チームはドーパミンが持つ可能性のある効果を探るために追加の安全研究を行うことを計画しています。
さらに、研究者は24時間後に腸の栄養吸収能力を調査し、胃腸合成上皮内層（GSEL）を受けた動物とGSELを受け取っていない動物との間に違いを示さなかった。
さらに、チームは、コーティングがヒトGI組織に適していることを発見しました。
参照：「胃腸合成上皮の裏地」、Junwei Li、Thomas Wang、Ameya R. Kirtane、Yunhua Shi、Alexis Jones、Zaina Moussa、Aaron Lopes、Joy Collins、Siddartha M. Tamang、Kaitlyn Hess Alison HaywardとGiovanni Traverso、2020年8月26日、科学翻訳医学。
2：10.1126/scitranslmed.abc0441
この研究は、ビル＆メリンダゲイツ財団によって資金提供されました。国立衛生研究所、およびMITの機械工学部。
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