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Wissen - 08.02.2019

Die Spritze zum Schlucken

Medikamente wie Insulin müssen bisher injiziert werden. Eine schluckbare Mini-Kapsel mit integrierter Nadel könnte das ändern.

Die heidelbeergroßen Kapseln tragen im Innern eine Nadel aus Insulin.

Mund auf, Tablette rein, schlucken. So einfach ist es nicht immer. Manche Medikamente, Insulin etwa, sind zu instabil, um den Weg zu den Schleimhäuten von Magen und Darm zu überstehen. Magensäure greift das Molekül an und eine dicke Schleimschicht bildet eine weitere Barriere, bevor es die Blutgefäße erreichen kann. Aus diesem Grund müssen sich zum Beispiel Diabetiker ihr Insulin jeden Tag spritzen und können nicht einfach eine Pille schlucken.

Den Beweis, dass es anders gehen könnte, liefern Alex Abramson vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) und seine Kollegen diese Woche im Fachblatt „Science“. Die Forscher haben eine Kapsel zum Schlucken entwickelt, die sich selbstständig an der Magenschleimhaut ausrichten und Medikamente spritzen kann.

Die Nadelspitze selbst ist aus Insulin

Die Kapsel mit dem Namen SOMA (self-orienting millimeter-scale applicator) ist etwa so groß wie einer Heidelbeere. In ihrem Innern versteckt sich eine kleine Nadel, deren Spitze aus komprimiertem, gefriergetrocknetem Insulin besteht. Der Schaft besteht, wie auch die Kapsel, aus einem biologisch abbaubaren Polymer. Er ist ist mit einer winzigen Edelstahl-Feder verbunden, die von einer Vorrichtung aus karamellisiertem Zucker unter Spannung gehalten wird.

Wird die Kapsel geschluckt, löst Magenflüssigkeit den Zucker auf, die Feder löst sich und lässt die Nadel in die Magenwand schnellen. Dort verteilt sich das Insulin aus der Nadelspitze und die Blutgefäße können das lebenswichtige Medikament aufnehmen. Die Magenwand mit ihrer Dicke von etwa vier bis sechs Millimetern scheint dafür geeigneter als die mit 0,1- bis zwei Millimeter dünne Auskleidung des Darms. Außerdem, so die Autoren, regeneriere das Magengewebe schnell, indem die Schleimschicht temporäre Defekte verschließt.

Eine afrikanische Schildkröte als Inspiration

Doch der Mechanismus kann seinen Effekt nur entfalten, wenn die Kapsel richtig herum auf der Schleimhaut sitzt. Dafür entwickelten die Wissenschaftler eine spezielle Technik. Durch sie richtet sich der Mini-Apparat von allein auf, nachdem er der Schwerkraft folgend unten an der Magenwand angekommen ist – egal wie herum er dort landet.

Als Vorbild diente ihnen dabei die in Afrika lebende Pantherschildkröte. Der Panzer des Tiers ist, ähnlich wie bei einem Dom, steil nach oben gewölbt mit einer Ecke am höchsten Punkt. Diese Bauform erlaubt der Schildkröte, sich problemlos wieder in Normalposition zu rollen, wenn sie auf dem Rücken liegt. Mit Computermodellen übertrugen die Forscher dieses Modell auf ihre Mikrokapsel.

Kapseln dieser Form brachten sich in den Experimenten schneller von allein in die Senkrechte als solche in Kugel- oder Ellipsoidform: Aus 85 Prozent aller Ausgangspositionen brauchten sie höchstens 100 Millisekunden, um sich aufzurichten. Das ist auch wichtig, damit die Kapsel an Ort und Stelle bleibt, selbst wenn man sich bewegt oder der Magen knurrt.

Hinlegen, aufrichten, schießen: Eine Nadel aus gefriergetrocknetem Wirkstoff landet dann in der Schleimhaut und wird aufgenommen .

Die Technik senkte den Bluzuckerspiegel genau so stark wie eine Spritze

Bisher haben die Forscher die Kapsel nur an Ratten und Schweinen getestet. Wie schnell sich das Insulin in der Magenwand auflöst, können sie durch der Konstruktion der Kapsel beeinflussen, schreiben sie in ihrem Artikel. In den Experimenten dauerte es etwa eine Stunde, bis das gesamte Insulin in den Blutkreislauf gelangt war. Es gelang demnach, den Blutzuckerspiegel der Tiere auf ein ähnliches Niveau zu senken, wie es die üblichen Injektionen unter die Haut schaffen. Die Forscher konnten mit der Technik bis zu fünf Milligramm Insulin verabreichen. Das ist vergleichbar mit einer Dosis, die Patienten mit Typ-2-Diabetes spritzen müssen.

Bisher konnten Ambramson und seine Kollegen die Wirksamkeit der Kapsel lediglich bei Tieren nachweisen, deren Magen leer war. Sie haben allerdings eine Membran entwickelt, die verhindern soll, dass etwa Nahrungspartikel den Federmechanismus vorzeitig auslösen.

Bevor die Technologie am Menschen ausprobiert wird, müsse neben der Freisetzung des Insulins unter anderem geprüft werden, ob die wiederholten Einstiche die Magenwand nachhaltig schädigen könnten. In den Experimenten blieb die Muskelschicht des Magens jedenfalls intakt. Schmerzen dürften die Mini-Injektionen sowieso nicht verursachen, denn die Magenwand hat keine Schmerzrezeptoren.

Auch entzündliche Reaktionen des Körpers gegen die Kapsel konnten die Forscher nicht feststellen. Als Auslöser käme vor allem die Edelstahlfeder in Frage. Es scheint jedoch, als ob sie ganz normal mit dem Stuhl ausgeschieden werden könne.

Die Kapsel könnte auch Immunsuppressiva tragen

Das MIT-Team will die Technologie mit dem dänischen Unternehmen Novo Nordisk zu einem marktreifen Produkt weiterentwickeln. „Wir hoffen, dass die Kapsel eines Tages Diabetikern und anderen Patienten helfen kann, deren Medikamente bisher als Spritze oder Infusion gegeben werden müssen“, sagte Mitautor Robert Langer. Vor allem sei sie geeignet für Medikamente aus Proteinen: etwa Immunsuppressiva, die zum Beispiel gegen gegen rheumatoide Arthritis oder chronisch-entzündliche Darmerkrankungen zum Einsatz kommen. Auch RNA- oder DNA-Therapien könnten damit möglich sein. Wann genau, ist noch unklar. Dass das Prinzip aber funktioniert, haben die Forscher jetzt erstmals bewiesen.

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