La gestion des schémas thérapeutiques complexes, un défi auquel sont confrontés des millions de patients dans le monde, pourrait bientôt devenir considérablement plus simple. Imaginez un avenir où la routine complexe de prise de plusieurs comprimés à différents moments de la journée se réduirait à l'ingestion d'une seule capsule le matin. C'est précisément une telle innovation que développent les ingénieurs de l'Université de Californie à San Diego (UC San Diego), en créant une capsule révolutionnaire capable de stocker plusieurs médicaments différents et de les libérer précisément à des intervalles de temps prédéterminés tout au long de la journée.

Cette avancée significative, détaillée dans la revue scientifique Matter, promet un changement radical dans la manière dont les patients abordent leur traitement. En éliminant la nécessité de se souvenir de prendre différents médicaments ou doses à des moments spécifiques, cette capsule intelligente a le potentiel d'améliorer considérablement l'observance du traitement prescrit. Par conséquent, on s'attend à de meilleurs résultats pour la santé, à une réduction du risque d'omission de doses qui peuvent diminuer l'efficacité du traitement, ainsi qu'aux dangers d'un surdosage accidentel.

Technologie Intelligente pour un Traitement Simplifié

« Notre objectif est de simplifier la gestion des médicaments avec une seule capsule suffisamment 'intelligente' pour délivrer le bon médicament, à la bonne dose et au bon moment », explique le Dr Amal Abbas, première auteure de l'étude, qui a récemment obtenu son doctorat en génie chimique à la Jacobs School of Engineering de l'UC San Diego. Le Dr Abbas a dirigé ce projet en collaboration avec Joseph Wang, professeur distingué au Département de génie chimique et de nano-ingénierie Aiiso Yufeng Li Family de l'UC San Diego. Reconnaissant l'énorme potentiel de cette technologie pour les patients et leurs aidants, le Dr Abbas lance une startup pour accélérer le développement et la commercialisation de cette capsule innovante.

Le cœur de l'innovation réside dans la structure interne de la capsule. Plusieurs médicaments différents sont conditionnés dans des compartiments séparés à l'intérieur d'une seule enveloppe. Chaque compartiment est conçu pour libérer son contenu à un moment précisément défini. L'élément clé qui permet cela sont les barrières séparant les médicaments. Ces barrières sont constituées d'une matrice de lactose et de maltose dans laquelle est incorporé un polymère sensible au pH de l'environnement. Ce polymère intelligent agit comme un bouclier, protégeant les médicaments de l'environnement acide de l'estomac, mais se dissout lorsqu'il atteint l'environnement plus alcalin de l'intestin grêle. En ajustant précisément la densité de ce polymère, les chercheurs peuvent contrôler le temps nécessaire à la dissolution de chaque barrière, garantissant ainsi que les médicaments sont libérés à des intervalles de temps précisément programmés après la prise de la capsule.

Mécanismes de Libération Innovants

L'enveloppe externe de la capsule se compose d'un corps et d'un capuchon, fabriqués à partir de cellulose végétale, un matériau largement accepté dans l'industrie pharmaceutique. Le corps principal de la capsule, qui abrite les compartiments contenant les médicaments, est protégé par le polymère sensible au pH mentionné précédemment. En revanche, le capuchon de la capsule ne bénéficie pas de cette protection. Il se dissout dès que la capsule atteint l'estomac, déclenchant la libération immédiate du premier médicament de son compartiment correspondant.

Cependant, la synchronisation précise n'est pas la seule caractéristique avancée de cette capsule. L'équipe de recherche a également incorporé des particules microscopiques de magnésium qui agissent comme de minuscules « micro-agitateurs » temporaires dans le corps. Ces particules réagissent avec l'acide gastrique (acide chlorhydrique, HCl), générant des bulles d'hydrogène (H2). La libération de ces bulles gazeuses crée un léger mouvement qui mélange le contenu de la capsule. Ce micro-mélange favorise la dissolution du médicament, ce qui est particulièrement utile pour les médicaments nécessitant une absorption rapide, tels que les analgésiques, les médicaments cardiovasculaires ou les thérapies d'urgence.

Les particules de magnésium ont également une autre fonction importante : par réaction chimique, elles neutralisent l'acide gastrique à proximité immédiate de la capsule. Cela crée temporairement un micro-environnement alcalin localisé. Cette augmentation du pH aide à dissoudre les barrières polymères sensibles au pH séparant les compartiments restants, initiant ainsi la libération séquentielle des médicaments suivants dans la série.

Travaux Pionniers dans le Domaine des Microrobots

« Cette approche innovante d'une capsule unique quotidienne garantit une observance complète et continue du traitement, conduisant à de meilleurs résultats pour les patients », souligne le professeur Wang. Son groupe de recherche est un leader mondial dans l'utilisation de particules de taille micrométrique – qu'ils ont appelées microrobots – à des fins thérapeutiques. Ils ont été les premiers à appliquer avec succès des microrobots sur des modèles animaux vivants, démontrant leur potentiel dans le traitement de diverses affections, notamment les infections pulmonaires et les maladies nécessitant des soins intensifs. Leur vaste expérience avec les microrobots a jeté les bases de l'intégration d'une technologie similaire dans cette capsule à libération contrôlée dans le temps.

Un aspect important pour l'application future est le fait que tous les matériaux utilisés pour fabriquer la capsule sont approuvés par la Food and Drug Administration (FDA) américaine. « Cela contribuera à assurer un transfert plus facile de la technologie sur le marché et une disponibilité plus rapide pour les patients », souligne le Dr Abbas.

Preuve de Concept et Applications Potentielles

Comme preuve de concept, les chercheurs ont rempli la capsule de trois doses de lévodopa, un médicament utilisé pour traiter la maladie de Parkinson. Chaque dose était marquée d'un colorant alimentaire différent – jaune, vert et rouge – afin de suivre visuellement sa libération dans des conditions gastriques simulées. La première dose, placée dans le compartiment contenant des micro-agitateurs de magnésium, était conçue pour une libération rapide. Les deuxième et troisième doses, placées dans des compartiments sans agitateurs, ont été libérées à des vitesses moyenne et lente, respectivement. L'expérience a démontré avec succès que la capsule peut délivrer des médicaments en différentes phases prédéfinies.

Le choix d'un médicament contre la maladie de Parkinson comme cas test n'est pas fortuit. Le traitement de cette maladie nécessite une prise de médicaments constante toutes les quelques heures pour maîtriser les symptômes. Les fluctuations des niveaux de médicament peuvent entraîner le phénomène dit « on-off », avec des périodes de bonne mobilité (« on ») et des périodes de raideur et de tremblements (« off »). « Cette libération contrôlée dans le temps de plusieurs doses pourrait vraiment aider les patients atteints de la maladie de Parkinson », déclare le Dr Abbas. « Si le niveau de médicament baisse trop, les patients ressentiront des tremblements et d'autres symptômes moteurs. Mais si nous parvenons à maintenir ce niveau stable, nous pouvons également aider à maintenir la stabilité des mouvements du patient. Notre capsule a le potentiel d'assurer cette stabilité tout au long de la journée – afin que les patients n'aient pas à se soucier de la synchronisation parfaite de chaque dose. »

Large Éventail de Possibilités

Le Dr Abbas voit également un grand potentiel dans l'utilisation de cette capsule pour les thérapies combinées. Les maladies cardiovasculaires, par exemple, nécessitent souvent que les patients prennent une combinaison de médicaments tels que l'aspirine, les bêta-bloquants et les médicaments hypocholestérolémiants (statines) – chacun avec son propre schéma posologique recommandé. En personnalisant les compartiments de la capsule pour libérer ces médicaments dans une séquence précisément chronométrée, les patients pourraient recevoir leur aspirine le matin, leur bêta-bloquant l'après-midi et leur médicament contre le cholestérol le soir – le tout à partir d'une seule capsule. Une telle approche pourrait garantir que chaque médicament est délivré au moment où il est le plus efficace, réduisant potentiellement les effets secondaires et optimisant les bénéfices thérapeutiques.

Les problèmes d'observance thérapeutique représentent un défi sanitaire mondial. On estime qu'un pourcentage important de patients atteints de maladies chroniques n'adhèrent pas aux schémas thérapeutiques prescrits, ce qui entraîne de moins bons résultats pour la santé, une augmentation des taux d'hospitalisation et des coûts importants pour le système de santé. La complexité des schémas, l'oubli, les effets secondaires des médicaments et le manque de compréhension de l'importance du traitement ne sont que quelques-uns des facteurs qui contribuent à ce problème. Des solutions comme cette capsule intelligente offrent une réponse technologique concrète au défi de l'amélioration de l'adhésion.

Prochaines Étapes et Défis

Les prochaines étapes du développement de cette technologie comprennent la réalisation de tests in vivo sur des modèles animaux, puis des essais cliniques sur l'homme pour confirmer l'innocuité et l'efficacité dans des conditions réelles. Des méthodes de production de masse (scaling up) doivent également être développées pour rendre la capsule abordable. L'équipe explore également les possibilités d'étendre la capacité de libération de la capsule au-delà d'une seule journée, ce qui serait bénéfique pour les médicaments pris moins fréquemment. De plus, le potentiel de libération localisée de médicaments dans le système digestif est à l'étude, ce qui pourrait permettre des thérapies ciblées pour des parties spécifiques de l'intestin, par exemple dans les maladies inflammatoires de l'intestin.

Malgré les résultats prometteurs, la technologie est également confrontée à des défis. Assurer des profils de libération constants dans l'environnement variable du système digestif humain, s'adapter aux différences individuelles entre les patients et atteindre la rentabilité de la production de masse seront essentiels pour la commercialisation réussie et l'adoption généralisée de cette technologie avancée d'administration de médicaments.

Source : University of California