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Medizintechnik: Schluckbare Kapsel schießt Insulin-Mikronadeln in die Darmwand

Für Diabetiker sind Spritzen bisher unerlässlich. Vielleicht kann diesen Job künftig eine Art schluckbarer Sprengsatz übernehmen, der das Insulin direkt in die Darmwand injiziert.
Junge Frau bei der Injektion von Insulin mit einem PenLaden...

Die meisten Menschen sträuben sich, sich selbst Medikamente zu spritzen. Um diese Prozedur beispielsweise Diabetikern, die sich mehrmals täglich Insulin injizieren müssen, zu ersparen, hat ein Team um Robert Langer und Giovanni Traverso vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) eine Art Sprengkapsel entwickelt. Die Kapsel hält dem sauren pH-Wert des Magens stand und entlädt sich darum erst, wenn sie das fast neutrale Milieu des Dünndarms erreicht. Dort bricht sie auf: Drei Arme, die im Inneren der Kapsel gefaltet waren, springen auseinander und schießen ihre Munition – ein Arsenal aus ein Millimeter langen, mit Insulin gefüllten Mikronadeln – in die Darmwand. Bei Schweinen habe diese Art der Medikation bereits bestens funktioniert, schreibt das Forscherteam nun in der Fachzeitschrift »Nature Medicine«. Bislang hätte der Patient an den Kapseln allerdings schwer zu schlucken: Sie haben einen Durchmesser von fast einem Zentimeter und sind drei Zentimeter lang.

Insulin-SprengkapselLaden...
Insulin-Sprengkapsel | So sieht der dreiarmige »luminal unfolding microneedle injector« (LUMI) aus. Links oben: LUMI im Darm eines Schweines, links zusammengefaltet, rechts mit offenen Armen. Darunter sieht man die Kapsel im Größenvergleich mit einer Münze.

Eine solche Sprengkapsel besteht aus einer Mischung biologisch abbaubarer Polymere und ist von einem Methacrylsäure/Ethylacrylat-Copolymerisat überzogen. Diese Beschichtung löst sich unterhalb eines pH-Wertes von 5,5 auf und setzt so den dreiarmigen Injektor frei. Zwar sind seine Arme jeweils beträchtliche 1,5 Zentimeter lang. Das Forscherteam ist sich aber sicher, dass dazwischen genügend Platz für den im Dünndarm ankommenden Speisebrei ist, so dass die Passage nicht behindert wird. Da die Zellen des Dünndarms überdies keine Schmerzrezeptoren besitzen, sollte die Entladung der Sprengkapsel nicht allzu unangenehm sein. In der Darmwand von Schweinen und einer künstlich hergestellten Flüssigkeit, die eine ähnliche Zusammensetzung wie der Inhalt des menschlichen Dünndarms hatte, überlebten die Injektorarme nicht länger als 24 Stunden. Die Teile der Kapsel – etwa der Kern mit einem Durchmesser von zirka einem Zentimeter –, die die Schweine nicht abbauen konnten, schieden sie problemlos über den Darm aus.

Das Team um Langer und Traverso nennt seine neueste Entwicklung, die es gemeinsam mit Forschern des dänischen Pharmaherstellers Novo Nordisk ausgearbeitet hat, »luminal unfolding microneedle injector« oder kurz: LUMI. Das ist aber keinesfalls der erste Ansatz, mit dem die Gruppe Medikamente, die man für gewöhnlich spritzen muss, oral verfügbar machen will. Im Februar 2019 stellte die Arbeitsgruppe beispielsweise eine Kapsel vor, die eine aus getrocknetem Insulin bestehende Mikronadel enthält. Sie wird von einer mitgelieferten Feder in die Magenwand katapultiert, sobald sich ein zuckerähnlicher Stoff in der Kapsel auflöst. Der Magen mit seinen zahlreichen Verdauungsenzymen ist jedoch kein guter Ort für abbauempfindliche Moleküle wie Insulin. Folglich gelangt nicht genug davon in den Blutkreislauf, um die gewünschte Wirkung zu erzielen.

Die meisten Medikamente werden über die Zellen des Dünndarms – der eine Oberfläche von etwa 250 Quadratmeter aufweist – in darunterliegende Blutgefäße geschleust. Genau zu dieser Eintrittspforte brachte das Forscherteam das Insulin nun mit Hilfe des LUMI. Bei den drei Schweinen, die jeweils zwei der Kapseln schlucken mussten, sank der Blutzuckerspiegel binnen einer Stunde um gut 44 Prozent. Noch stärker – um etwa 64 Prozent – nahm die Glukosekonzentration bei Kontrollschweinen ab, denen dieselbe Menge Insulin ins Unterfett gespritzt wurde. Bei ihnen gelangte das Hormon eher langsam und allmählich ins Blut, während die LUMIs schon nach rund zehn Minuten eine Art Insulin-Boost verursachten. Was besser ist, hängt wahrscheinlich von der Situation des Patienten – und dem verabreichten Medikament – ab. Das neue System sei nämlich nicht nur für Insulin, sondern ebenso für weitere, bislang nicht in Tablettenform verfügbare Medikamente wie Antikörper oder RNA-Moleküle verwendbar, meinen die Forscher. Vielleicht schaffen sie es künftig auch, die Kapseln in einer angenehmeren Größe herzustellen.

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