Theragrippers: un nuovo sistema di drug delivery ispirato a un parassita

La somministrazione di farmaci per via gastrointestinale (GI) risulta molto efficace grazie alla ricca vascolarizzazione che consente l’assorbimento diretto nella circolazione sistemica. L’intrinseca motilità del tratto GI, però, porta all’espulsione dei dispositivi di drug delivery prima di completare il rilascio del farmaco. Un team di ricercatori della Johns Hopkins University ha pubblicato su Science Advances un articolo riguardante i theragrippers (therapeutic grippers), microdispositivi che, ispirandosi al modo in cui l’Ancylostoma duodenale si attacca all’intestino, si aggrappano alla mucosa e resistono nel tratto gastrointestinale per 24 ore.

La geometria dei theragrippers

Gli anchilostomi possono resistere nell’intestino per più di due anni. Questi parassiti riescono ad opporsi alla motilità del tratto GI attraverso l’inserimento nel tessuto di due paia di denti che gli consentono di aggrapparsi alle pareti e di non essere rimossi. I ricercatori della Hopkins, prendendo spunto da questo meccanismo, hanno sviluppato dei dispositivi costituiti da 6 micropunte (diametro ~ 1.5-3 µm) in grado di attaccarsi alla mucosa. I theragrippers sono costituiti da un pattern metallico di oro e cromo, sul quale viene posto un patch polimerico che consente il rilascio controllato del farmaco.

È stato scelto il chitosano elettrodepositato per le sue caratteristiche di adesione, sufficienti a scongiurare il rischio di una possibile delaminazione causata dalle forze di taglio e dai movimenti del tratto GI. Il patch (spessore 2-5 µm) è depositato solo al centro, per non ostacolare il ripiegamento degli artigli. È presente, infine, un sottile strato (8-10 µm) di paraffina sulle punte: una volta raggiunta la temperatura corporea, la cera si ammorbidisce e gli artigli si richiudono, con una forza che fa penetrare le punte nella mucosa.

Un nuovo paradigma per il drug delivery

Lo studio è stato validato in vivo attraverso il rilascio per via rettale di theragrippers caricati con ketorolac (antinfiammatorio utilizzato per forti dolori post-operatori o per pazienti affetti da artrite reumatoide) nei topi. Sono stati utilizzati circa 2000 theragrippers, per una somministrazione totale di 45 µg di ketorolac. Per confrontare i risultati ottenuti, la stessa quantità è stata iniettata con una siringa in un gruppo di controllo. I dispositivi utilizzati, con artigli di 250 µm (32 volte più piccoli del diametro del colon del topo, di 8 mm), riescono a penetrare a profondità di 30 – 40 µm, consentendo ai theragrippers di rimanere aggrappati alla mucosa per più di 24 ore: il periodo di dimezzamento aumenta di circa 6 volte (12 ore invece di 2), mentre l’esposizione raddoppia.

La possibilità di agire in modo così puntuale consente l’utilizzo di dosi inferiori, con conseguente riduzione degli effetti collaterali. L’utilizzo di tanti dispositivi così piccoli riduce inoltre il rischio di ostruzione e consente una migliore distribuzione del farmaco. Un altro aspetto fondamentale dei theragrippers è che non devono essere pilotati dall’esterno, ma il processo è innescato in modo automatico dalla temperatura fisiologica: essi operano come piccole molle compresse nella forma di un film sottile a doppio strato, accumulano energia che viene rilasciata quando il trigger si ammorbidisce.

Questi particolari sistemi di drug delivery rappresentano un nuovo paradigma per il rilascio dei farmaci: oltre alla possibilità di esplorare altre vie di somministrazione grazie alle dimensioni notevolmente ridotte, aggiungendo nuovi moduli funzionali sul pattern si possono creare innovative soluzioni diagnostiche o di monitoraggio fissate all’interno del tratto gastrointestinale.

Articolo a cura di Noemi D’Abbondanza