Emanuela B.Gli ingegneri del MIT hanno ideato un nuovo modo per somministrare alcuni farmaci in dosi più elevate e con meno dolore, iniettandoli come sospensione di minuscoli cristalli. Una volta sotto la pelle, i cristalli si assemblano in un “deposito” di farmaco che può durare mesi o anni, eliminando la necessità di iniezioni frequenti.
Crediti: Christine Daniloff, MIT; iStock
Gli ingegneri del MIT hanno ideato un nuovo sistema per somministrare determinati farmaci in dosi più elevate e con meno dolore, iniettandoli come sospensione di minuscoli cristalli. Una volta sotto la pelle, i cristalli si assemblano in un “deposito” di farmaco che può durare mesi o anni, eliminando così la necessità di iniezioni frequenti.
Questo approccio potrebbe rivelarsi utile per la somministrazione di contraccettivi a lunga durata o altri farmaci che devono essere assunti per periodi prolungati. Poiché i farmaci sono dispersi in una sospensione prima dell’iniezione, possono essere somministrati tramite un ago sottile, più tollerabile per i pazienti.
“Abbiamo dimostrato che possiamo ottenere un rilascio molto controllato e prolungato, probabilmente per diversi mesi o addirittura anni, utilizzando un piccolo ago,” afferma Giovanni Traverso, professore associato di ingegneria meccanica al MIT, gastroenterologo al Brigham and Women’s Hospital (BWH), membro associato del Broad Institute e autore senior dello studio.
Gli autori principali dell’articolo, pubblicato oggi su Nature Chemical Engineering, sono Vivian Feig (ex postdoc MIT e BWH, ora professoressa associata a Stanford), Sanghyun Park (dottorando al MIT) e Pier Rivano (ex visiting scholar nel laboratorio di Traverso).
Iniezioni più semplici
Il progetto è nato da un’iniziativa finanziata dalla Gates Foundation per ampliare le opzioni contraccettive, in particolare nei Paesi in via di sviluppo.
“L’obiettivo generale è offrire alle donne molteplici formati di contraccezione, facili da somministrare, compatibili con l’uso nei Paesi in via di sviluppo e con diverse durate d’azione,” spiega Feig. “Nel nostro progetto, volevamo combinare i benefici degli impianti a lunga durata con la facilità delle iniezioni autoadministrabili.”
Attualmente esistono sospensioni iniettabili in commercio negli Stati Uniti e in altri Paesi, ma questi farmaci si disperdono nei tessuti dopo l’iniezione e durano solo circa tre mesi. Altri prodotti iniettabili possono formare depositi più duraturi sotto la pelle, ma richiedono l’aggiunta di polimeri precipitanti che possono costituire dal 23 al 98% del peso della soluzione, rendendo l’iniezione più difficile.
Il team del MIT e del BWH voleva creare una formulazione iniettabile tramite un ago sottile che durasse almeno sei mesi e fino a due anni. Hanno iniziato lavorando con il levonorgestrel, un farmaco contraccettivo idrofobo che può formare cristalli. Il team ha scoperto che sospendendo questi cristalli in un particolare solvente organico, essi si assemblano in un impianto molto compatto dopo l’iniezione. Poiché questo deposito si forma senza grandi quantità di polimero, la formulazione resta facilmente iniettabile con un ago sottile.
Il solvente, benzoato di benzile, è biocompatibile e già utilizzato come additivo nei farmaci iniettabili. Il team ha scoperto che la scarsa capacità del solvente di miscelarsi con i fluidi biologici permette ai cristalli solidi di autoassemblarsi in un deposito sotto la pelle dopo l’iniezione.
“Il solvente è fondamentale perché permette di iniettare il fluido con un ago piccolo, ma una volta in sede, i cristalli si autoassemblano in un deposito di farmaco,” spiega Traverso.
Modificando la densità del deposito, i ricercatori possono regolare la velocità di rilascio del farmaco nell’organismo. In questo studio, hanno mostrato che è possibile cambiare la densità aggiungendo piccole quantità di un polimero come la policaprolattone, un poliestere biodegradabile.
“Incorporando una piccolissima quantità di polimeri—meno dell’1,6% in peso—possiamo modulare la velocità di rilascio del farmaco, estendendo la durata mantenendo la facilità di iniezione. Questo dimostra la flessibilità del nostro sistema, che può essere adattato a diverse esigenze contraccettive e a regimi terapeutici personalizzati,” afferma Park.
Depositi di farmaco stabili
I ricercatori hanno testato il metodo iniettando la soluzione sotto la pelle di ratti e hanno dimostrato che i depositi rimangono stabili e rilasciano il farmaco gradualmente per tre mesi. Dopo tre mesi, circa l’85% del farmaco era ancora presente nei depositi, suggerendo che il rilascio potrebbe continuare per un periodo molto più lungo.
“Prevediamo che i depositi possano durare oltre un anno, sulla base dell’analisi dei dati preclinici. Studi di follow-up sono in corso per confermare l’efficacia oltre questa prima prova di concetto,” afferma Park.
Una volta formati, i depositi sono abbastanza compatti da poter essere rimossi chirurgicamente, se necessario interrompere il trattamento prima del completo rilascio del farmaco.
Questo approccio potrebbe essere utile anche per la somministrazione di farmaci contro disturbi neuropsichiatrici, HIV e tubercolosi, affermano i ricercatori. Ora stanno valutando la traduzione in ambito clinico umano, conducendo studi preclinici avanzati per valutare l’autoassemblaggio in un ambiente cutaneo più simile a quello umano.
“È un sistema molto semplice: un solvente, il farmaco, e se necessario un po’ di polimero bioassorbibile. Ora stiamo valutando quali indicazioni perseguire: contraccezione o altre applicazioni? Sono alcune delle domande che ci poniamo per i prossimi passi verso l’applicazione clinica,” conclude Traverso.
La ricerca è stata finanziata, tra gli altri, dalla Gates Foundation, dal Karl van Tassel Career Development Professorship, dal MIT Department of Mechanical Engineering, da una borsa di studio Schmidt Science Fellows, dalla Rhodes Trust, da una Takeda Fellowship, da una Warren M. Rohsenow Fellowship e da una Kwangjeong Educational Foundation Fellowship.
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