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Robotik & Medizin

Wühlende Robo-Medikamenten-Kapsel

Die RoboCap-Kapsel ist etwa so groß wie ein Multivitaminpräparat, enthält aber neben einem Wirkstoff-Reservoir auch mechanische Elemente. © Traverso lab/MIT and BWH

Forscher haben eine schluckbare Kapsel entwickelt, die durch Drehbewegungen die Schleimbarriere im Magen-Darm-Trakt überwinden kann, um anschließend ihre Medikamentenladung freizugeben. Die „RoboCap“ könnte es damit ermöglichen, auch „sperrige“ Proteinwirkstoffe, die bisher injiziert werden müssen, oral zu verabreichen. Dieses Potenzial haben die Forscher bereits am Beispiel von Insulin und einem speziellen Antibiotikum an Schweinen erfolgreich aufgezeigt: Die Kapseln ermöglichten eine Aufnahme der Wirkstoffe im Dünndarm und wurden nach ihrer Mission problemlos wieder ausgeschieden, berichten die Wissenschaftler.

Viele Medikamente lassen sich bekanntlich recht einfach in der Form von Tabletten, Kapseln und Pillen einnehmen. Denn über das Verdauungssystem werden diese Substanzen gut vom Körper aufgenommen. Doch für eine ganze Reihe wichtiger Wirkstoffe gilt das nicht: Vor allem Medikamente, die aus großen Proteinen bestehen, wie beispielsweise Insulin oder bestimmte Antibiotika, können die Schleimschichten im Magen-Darm-Trakt nicht durchdringen. So stoßen sie nicht zu den Schleimhautzellen vor, die eine Aufnahme in den Körper ermöglichen. Deshalb müssen diese Substanzen gespritzt werden, was mit Problemen verknüpft sein kann.

Wie lässt sich die Schleimbarriere überwinden?

Um die schwergängigen Substanzen doch oral verabreichbar zu machen, verfolgen die Wissenschaftler um Shriya Srinivasan vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge technische Lösungsansätze. „Ich dachte, wenn wir einen Tunnel durch den Schleim graben könnten, dann könnten wir Medikamente direkt auf den Schleimhautzellen für eine verbesserte Aufnahme deponieren“, sagt Srinivasan. „So entstand die Idee, eine Kapsel zu entwickeln, die sich schlucken lässt und dann Schleimschichten durchbrechen kann“, so die Forscherin.

Dies hat nun schließlich zu der Entwicklung der RoboCap-Kapsel geführt. Sie ist etwa so groß wie ein typisches Multivitaminpräparat und trägt ihre medikamentöse Nutzlast in einem kleinen Reservoir. Die Forscher haben sie mit einem winzigen Motor ausgerüstet, der einen Teil der Kapsel nach einer Aktivierung im Magen-Darm-Trakt in Drehung versetzt. Zusätzlich ist die Oberfläche des Drehelements mit Noppen versehen, die für ein besonders effektives Aufwirbeln von Schleimschichten bei der Bewegung sorgen können.

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„Die RoboCap verdrängt vorübergehend die ursprüngliche Schleimbarriere und verbessert dann die Wirkstoff-Absorption, indem sie die lokale Freisetzung des Medikaments maximiert“, sagt Seniorautor Giovanni Traverso vom MIT. Ausgelöst wird der Mechanismus gefolgt von der Medikamentenfreigabe, nachdem sich die Gelatine-Beschichtung der Kapsel aufgelöst hat. Durch einstellbare Merkmale dieser Substanz kommt es zu diesem Auflösungsprozess nur bei bestimmten pH-Werten, wie sie in bestimmten Darmbereichen vorliegen, erklären die Wissenschaftler.

Erfolgreiche Tests

Soweit die Theorie. Inwieweit das System auch tatsächlich leisten kann, was es verspricht, testeten die Forscher an Schweinen als Modelltieren für den Menschen. Sie setzen die Kapsel dabei ein, um entweder das Hormon Insulin oder Vancomycin zu verabreichen. Bei diesem handelt es sich um ein großes Peptidantibiotikum, das ein breites Spektrum an bakteriellen Infektionen effektiv bekämpfen kann. Beide Substanzen können vom Darm normalerweise nur in sehr geringen Mengen aufgenommen werden.

Durch die Verabreichung mittels RoboCap-Kapsel erreichten die Wissenschaftler nun allerdings eine 20- bis 40-mal höhere Übertragung als mit einer ähnlichen Kapsel ohne den technischen Mechanismus. Aus den Tierversuchen ging zudem hervor, dass die Kapsel nach der Freisetzung des Medikaments den Verdauungstrakt problemlos passiert und ausgeschieden wird. Die Forscher stellten auch keine Anzeichen von Entzündungen oder Reizungen im Verdauungstrakt fest. Wie sie erklären, wird die betroffene Schleimschicht schon bald nach der Störung zurückgebildet.

Das System muss zwar noch weiter getestet werden, doch den Wissenschaftlern zufolge zeichnet sich erhebliches Potenzial ab: „Durch die Verwendung dieser mechanischen Verabreichungsmethode könnten möglicherweise einige Medikamente besser aufgenommen werden“, sagt Traverso. Während die in dieser Studie verwendete Kapsel ihre Nutzlast im Dünndarm freisetzt, könnte sie auch für den Magen oder den Dickdarm verwendet werden, indem der pH-Wert verändert wird, bei dem sich die Gelatine-Beschichtung auflöst, sagen die Forscher. Welche Medikamente sich für den Einsatz mit RoboCap besonders eignen, wollen sie nun in weiteren Experimenten ausloten.

Quelle: Massachusetts Institute of Technology, Fachartikel: Science Robotics, doi: 10.1126/scirobotics.abp9066

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