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Insulina del futuro: la tecnologia a “liquidi ionici” sotto indagine per stabilizzarla a lungo

L’insulina usata per trattare il diabete è sensibile alla temperatura e ha una breve emivita a temperatura ambiente. Può essere conservata non aperta fino a un anno, ma una volta aperta deve essere utilizzata entro settimane o addirittura giorni. Poiché l’insulina è composta da proteine sospese in una soluzione a base d’acqua che ne facilita la consegna e la conservazione, se non viene refrigerata o utilizzata poco dopo l’apertura, tali proteine possono degradarsi e diventare inefficaci. Mentre molti americani potrebbero non considerare i requisiti di conservazione dell’insulina molto più di un problema, i diabetici che non hanno risorse potrebbero essere ad alto rischio. Secondo l’Organizzazione Sanitaria della comunità Partners in Health, circa un membro su tre della Navajo Nation soffre di diabete o prediabete e molti di loro vivono in aree rurali, dove potrebbero non avere elettricità o accedere facilmente a risorse sanitarie come le farmacie. Per affrontare il problema della sensibilità alla temperatura dell’insulina, Gerrick Lindberg, professore associato di Chimica fisica nel Dipartimento di Chimica e Biochimica della NAU, sta studiando se liquidi ionici o solventi eutettici profondi potrebbero essere sostituiti con una soluzione acquosa per conservare e somministrare insulina.

I liquidi ionici sono fondamentalmente sali ma a differenza del sale da cucina, che rimane solido ad una temperatura molto elevata, essi rimangono liquidi a un intervallo di temperatura più ampio. Conosciamo tutti gli stati di cambio d’acqua quando le temperature variano. I liquidi ionici sono più stabili. Una soluzione in particolare che è sotto studio, colina geraniato (CAGE), mostra grosse promesse. Sia colina che acido geranico sono approvati dalla FDA, ma il modo in cui tali componenti si comportano nel corpo umano quando sono combinati richiede ulteriori indagini. Saranno necessari ulteriori tests per dimostrare che è effettivamente sicuro. Ovviamente, se questo funziona, avrà implicazioni rivoluzionarie per l’assistenza sanitaria e la medicina. Gli scienziati hanno testato la miscelazione dell’insulina con queste soluzioni di sale liquido, per accertarsi di un fatto centrale: accertarsi se le catene insuliniche mantengono la loro forma quando sono sospese in soluzioni ioniche, o meglio che in soluzioni acquose e assicurano che le proteine non aderiscano tra loro. Quando si verifica una di queste reazioni, l’insulina diventa inefficace Lindberg ha condotto dei lavori con Andy Koppisch, professore associato di Biochimica, il quale ha visto che tali soluzioni possono facilitare l’erogazione topica di antibiotici senza irritare la pelle umana e possono persino migliorare l’efficacia del farmaco.

Il team eseguito esperimenti su come le miscele reagiscono alle radiazioni dei raggi X, perché hanno in mente di poter elaborare una tecnologia che possa essere applicata alla medicina spaziale. Poiché i liquidi ionici sono stabili alla pressione e alla temperatura, possono essere utilizzati in ambienti estremi e lo spazio è il più estremo possibile. Inoltre tendono ad essere stabili alle radiazioni, quindi se i raggi cosmici o UV li colpiscono, forse non si disgregheranno nello stesso modo delle molecole organiche. Le date di scadenza dei farmaci sono considerazioni importanti nello spazio per l’impossibilitò di rifornimenti al bisogno. Le date di scadenza sui farmaci antidolorifici e gli antibiotici di cui hanno bisogno sono attualmente da due a tre anni. Lindberg spera di estenderlo a circa 5-10 anni e ha commentato le implicazioni: “Immaginiamo che uno o due astronauti della prima missione per la colonizzazione siano diabetici. Se esaurisci l’insulina o altri farmaci qui negli Stati Uniti, ci sono problemi di costo, ma puoi rifornirti. Nello spazio, se la tua scorta si danneggia non c’è modo di sostituirla. Immagina una missione su Marte: nella migliore delle ipotesi, hai quattro o cinque anni prima di poterti rifornire. Le proprietà intrinseche di queste soluzioni li rendono adatti per tali applicazioni”.

Tornando agli studi condotti sulla miscela CAGE, in vivo ha dimostrato un’eccezionale efficacia nel migliorare l’assorbimento orale di insulina quando somministrata per via intradigiunale o in capsule. Iniettato per via intradigiunale 3U/kg di insulina-CAGE ha portato a un calo del 47% dei livelli di glucosio nel sangue in 5 h, che era paragonabile al calo osservato con iniezione sottocute 2U/kg di insulina. Utilizzando 5 U/kg di insulina-CAGE, è stato osservato un calo ancora più drastico del 65% dei livelli di glucosio nel sangue in 2 ore e i livelli sono rimasti significativamente più bassi rispetto a insulina sottocutanea iniettata per il restante periodo di studio. Questa è una delle dosi di insulina orale più basse viste in letteratura dimostrare un’efficacia così notevole. È inoltre da notare che l’emivita di eliminazione dell’insulina-CAGE era quasi due volte superiore a quella s.c. insulina iniettata, indicando un’efficacia più sostenuta. Per convalidare l’efficacia significativa osservata finora, abbiamo ulteriormente incapsulato l’insulina-CAGE in capsule a rivestimento enterico e l’abbiamo somministrata per via orale ai ratti. Il rivestimento enterico previene la rottura delle capsule nell’ambiente acido dello stomaco e rilascia il materiale incapsulato solo nell’ambiente più alcalino dell’intestino tenue.

CAGE previene anche la degradazione enzimatica, probabilmente limitando l’accesso degli enzimi intestinali all’insulina caricata formando una barriera fisica e temperando la loro attività proteolitica. Sulla base di queste informazioni e di studi meccanicistici, i ricercatori ritengono che CAGE protegga l’insulina dalla degradazione enzimatica, assista nel suo trasporto attraverso lo strato di muco e media l’assorbimento paracellulare attraverso l’apertura di giunzioni strette. L’elevata efficacia di somministrazione orale di CAGE può essere attribuita al sinergismo tra la sua capacità di inibire gli enzimi proteolitici. migliorare la permeazione attraverso la via paracellulare e penetrare attraverso lo strato di muco. Insulina-CAGE era stabile a temperatura ambiente per 2 mesi e a 4°C per almeno 4 mesi, come valutato attraverso la struttura secondaria e lo strato di valutazione della bioattività in vivo. Dato che la forma monomerica dell’insulina è la forma bioattiva, l’aumentata bioattività orale dell’insulina-CAGE potrebbe essere in parte attribuita alla presentazione delle molecole alle cellule intestinali e alla circolazione sistemica come monomeri. Ma potrebbe non essere l’unica via liquidi ionici sono in grado di solubilizzare le molecole anfipatiche e, quindi, agire come solventi ideali per la somministrazione topica e transdermica di farmaci.

È probabile che le molecole del liquido ionico scivolino attraverso i composti grassi che compongono le cellule della pelle, creando piccole aperture transitorie attraverso le quali le molecole bioattive (trasportate dal liquido ionico) possono permeare. Sono state riportate variazioni nella permeabilità della pelle umana anche tra individui (variazioni sia inter- che intra-individuali), e quindi la pelle di maiale è frequentemente utilizzata come alternativa alla pelle umana negli studi di assorbimento percutaneo volti allo sviluppo di formulazioni transdermiche. Ecco perché un team d ricercatori del Dipartimento di Chimica dell’università di Campetas, in Brasile, sta studiando la formulazione CAGE e con colina-acido oleico (CAOL). Il team ha condotto studi su formulazioni di liquidi ionici con biopolisaccaridi con e senza insulina, testando i calori di permeabilità, eventuali effetti tossici sulla pelle e a livello cellulare. Mentre CAGE e CAOL non hanno mostrato tossicità alle proporzioni 1:1, la miscela CAOL nei rapporti 1:2 ed 1:3 hanno fatto registrare una tossicità cellulare molto lieve. La preparazione migliore di liquido ionico + polisaccaride ha determinato che il migliore polimero era la gomma di xantano, biocompatibile e non tossica che forma una sostanza simile ad un gel ma non idrofilo bensì idrofobo.

Il film biopolimerico sviluppato ha mostrato una buona caratteristica in relazione al rilascio della frazione attiva di insulina, verificata attraverso studi di permeazione transdermica. Il biofilm caricato con CAGE 1:2 e HI è risultato adatto per applicazioni biofarmaceutiche, vale a dire nella somministrazione di insulina tramite permeazione transdermica. Le informazioni di queste ricerche fanno ben sperare che milioni di individui che utilizzano l’insulina sottocutanea ogni giorno, possano accettare più serenamente una pillola o un cerotto sulla pelle per poter gestire meno dolorosamente o fastidiosamente il loro diabete.

  • A cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, PhD, specialista in Biochimica Clinica.

Pubblicazioni scientifiche

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Dott. Gianfrancesco Cormaci
- Laurea in Medicina e Chirurgia nel 1998 (MD Degree in 1998) - Specialista in Biochimica Clinica nel 2002 (Clinical Biochemistry residency in 2002) - Dottorato in Neurobiologia nel 2006 (Neurobiology PhD in 2006) - Ha soggiornato negli Stati Uniti, Baltimora (MD) come ricercatore alle dipendenze del National Institute on Drug Abuse (NIDA/NIH) e poi alla Johns Hopkins University, dal 2004 al 2008. - Dal 2009 si occupa di Medicina personalizzata. - Guardia medica presso strutture private dal 2010 - Detentore di due brevetti sulla preparazione di prodotti gluten-free a partire da regolare farina di frumento immunologicamente neutralizzata (owner of patents concerning the production of bakery gluten-free products, starting from regular wheat flour). - Responsabile del reparto Ricerca e Sviluppo per la società CoFood s.r.l. (leader of the R&D for the partnership CoFood s.r.l.) - Autore di un libro riguardante la salute e l'alimentazione, con approfondimenti su come questa condizioni tutti i sistemi corporei. - Autore di articoli su informazione medica e salute sui siti web salutesicilia.com, medicomunicare.it e in lingua inglese sul sito www.medicomunicare.com
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