p Cientistas da Universidade Tecnológica de Nanyang, Cingapura (NTU Cingapura) desenvolveram nanopartículas de insulina que podem um dia se tornar a base para um medicamento oral, e uma alternativa às injeções de insulina para pacientes diabéticos. p Em um estudo pré-clínico, a equipe da NTU Cingapura alimentou ratos com nanopartículas contendo insulina e descobriu que a insulina aumentou em seu sangue minutos depois.

p A terapia com insulina é muitas vezes uma parte importante do tratamento para diabetes, uma doença metabólica que afeta 422 milhões de pessoas em todo o mundo. Em Singapura, o número de diabéticos deve crescer para 1 milhão - quase um quinto da população - em 2050.

p Administrar insulina por via oral seria preferível a jabs de insulina para os pacientes, porque causa menos dor do que jabs, e poderia, assim, levar a uma melhor adesão do paciente. Mas a dosagem oral continua sendo um desafio. Como a insulina é uma proteína, ele é decomposto no trato gastrointestinal antes mesmo de atingir a corrente sanguínea para regular a glicose no sangue.

p Para superar este desafio, a equipe interdisciplinar composta por cientistas da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais da NTU e da Escola de Medicina Lee Kong Chian (LKCMedicine) projetou uma nanopartícula carregada com insulina no núcleo, então revestido com camadas alternadas de insulina e quitosana, um açúcar natural. A dosagem é obtida controlando o número de camadas na nanopartícula.

p Por meio de experimentos de laboratório usando culturas de células e modelos de ratos, a equipe liderada pelo pesquisador principal da NTU, Dr. Huang Yingying, Professor associado Yusuf Ali e ex-professor da NTU Subbu Venkatraman, demonstraram que esta nanopartícula revestida camada por camada é estável à medida que passa através do estômago para o intestino delgado com liberação mínima de insulina, e é capaz de passar pelas paredes intestinais para a corrente sanguínea.

p Dr. Huang Yingying da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais da NTU, o co-autor principal do estudo, disse:"Os esforços para desenvolver produtos de insulina oral tiveram pouco sucesso porque esses produtos apresentam um risco de segurança, ou requerem dosagem frequente devido à capacidade do medicamento de conter apenas uma pequena quantidade de insulina. Os testes de nossa nanopartícula de insulina desenvolvida pela NTU em ratos mostram que ela pode transportar uma quantidade grande o suficiente de insulina para o efeito terapêutico desejado e, ao mesmo tempo, é pequena o suficiente para passar pelas paredes intestinais para a corrente sanguínea. Isso indica sua aplicação potencial para entrega oral de insulina em humanos. Acreditamos que o mesmo conceito também pode ser útil para outras drogas proteicas que normalmente precisam ser injetadas. "

p Professor Associado Yusuf Ali da NTU LKCMedicine, o co-autor do estudo, disse:"A insulina agora é administrada sob a pele com uma agulha fina várias vezes ao dia, dependendo da formulação. Além da dor e inconveniência, esses jabs também apresentam o risco de os pacientes não saberem de seu baixo nível de açúcar no sangue, que pode evoluir para uma condição potencialmente mortal em um diabético. LKCMedicine está agora levando o desenvolvimento desta nanopartícula adiante com mais trabalho pré-clínico, e temos esperança de que nosso trabalho possa algum dia substituir as dolorosas injeções de insulina por uma pílula simples e pequena. "

p Os resultados foram publicados na revista científica Nanoescala em novembro.

p Uma abordagem em várias camadas para a administração oral de insulina

p A insulina é um hormônio que ocorre naturalmente e é fundamental para a regulação dos níveis de glicose no sangue, especialmente após uma refeição.

p Em indivíduos saudáveis, a insulina produzida no pâncreas entra na corrente sanguínea e é distribuída aos principais órgãos metabólicos. Ele instrui o fígado, músculos, e células de gordura para retirar mais glicose da corrente sanguínea e armazená-la para uso futuro.

p Ao mesmo tempo, a insulina estimula o fígado a diminuir a taxa de nova produção de glicose, e ao todo, estes servem para reduzir eficazmente os níveis de glicose no sangue.

p Em contraste, pacientes diabéticos não produzem insulina suficiente para atender às demandas do corpo. Em casos graves, insulin needs to be given via a needle into the fatty tissue beneath the skin. De lá, it goes into the general blood circulation throughout the body before traveling to the liver.

p The NTU-developed oral insulin nanoparticle more closely mimics the route by which natural insulin enters the bloodstream from the liver, an important organ for controlling blood glucose levels.

p Each of these nanoparticles is about 200nm in size—at least 1, 000 times smaller than a pollen grain. Insulin is first loaded into the liposome, a tiny sphere at the core of the nanoparticle. The liposome is then coated with 11 alternating layers of insulin and chitosan of three different molecular weights, an approach that allows more insulin to be loaded.

p When the insulin nanoparticle enters an acidic environment of the stomach, its layers start to repel each other, resulting in the slow release of insulin from the outermost layer, and leading inwards. While it loses some insulin as it travels down the gastrointestinal tract, the nanoparticle has enough coatings that by the time it is transported through the intestinal wall and into the bloodstream, the insulin in the remaining layers and at the liposome core is still intact.

p Proof-of-concept study

p To investigate the feasibility of the insulin nanoparticle for oral delivery, the NTU team first conducted a series of lab experiments to establish the nanoparticle's stability, its ability to pass through the intestinal wall, and the efficacy of the insulin in the nanoparticles that have been transported through the intestinal wall.

p After leaving the nanoparticles in fluid that simulates the stomach environment, the team found that 6 percent of the insulin from the nanoparticle was released in one hour, and 94 percent remained encapsulated. It takes about one hour for food to pass through the stomach and into the small intestine, which has a less harsh environment.

p When tested on the human cell line Caco-2—a widely used model for studying the transport of molecules across the intestinal wall—the scientists found that the amount of insulin transported across was three times higher when loaded into the nanoparticle, compared to bare insulin solution.

p The scientists also tested the rate at which nanoparticle insulin is absorbed and cleared in the bloodstream of rats. In rats fed orally with insulin nanoparticles, the insulin concentration in the blood peaked at the 30-minute mark and was entirely eliminated in four hours.

p Assoc Prof Yusuf Ali said:"Taken together, these lab experiments showed that our layer-by-layer approach limited the exposure of insulin to the gastrointestinal environment, preventing premature degradation of the insulin. We are now studying if this peak comes earlier than the 30-minute mark—an indicator of how closely the insulin from our nanoparticle follows the ebb and flow of naturally-produced insulin in the bloodstream."

p The rapid absorption and elimination of insulin released from these multi-layered nanoparticles demonstrates a proof of concept in replicating meal-related metabolic responses in individuals without diabetes, said Dr. Huang, adding that the level of insulin concentration can be further increased by repeating the number of alternating insulin and chitosan layers on the nanoparticle surface.