Intestinal toxicological and inflammatory impact of oral delivery of macromolecules: focus on diabetes

Abstract

Nanotechnology-based approaches towards an oral delivery of macromolecules such as insulin are increasingly therapeutic strategies for the prevention or treatment of diabetes. However, the intestinal absorption of insulin may be associated with an immunostimulatory reaction induced by the complement system. Intestinal epithelium is an immune privileged organ, it able to mediate immune reactions either playing a local protective role or by triggering an inflammatory response to the presence of exogenous molecules, pathogens or nanoparticles (NP). Compromising safety of insulin delivered by nanoparticles, by inadequacy or insufficiency of studies, may lead to exacerbation of the inflammatory pathways conducive to unwanted local and other severe adverse effects. Therefore, it is imperative to include wide ranging immunological and toxicological assays in early pre-clinical studies in order to increase the representativeness of the results and strengthen the potential for progression into further stages of research. Herein, focus will be put on recent reports in oral delivery of insulin nanoparticles for Diabetes as well as the suitability of the safety studies supporting their pre-clinical development. The improvement of early safety assessment by transitioning to quantitative, structure-immune performance relationship studies in representative models will also be elucidated. Thereby, the role and importance of rational optimization in the development of “safe by design” nanotechnology will be contextualized in the field of Diabetes.

A administração oral de macromoléculas como a insulina recorrendo a nanotecnologias é uma estratégia terapêutica cada vez mais importante para a prevenção ou tratamento de diabetes. Contudo, a absorção intestinal de insulina pode estar associada a uma reacção imunoestimulante induzida pelo sistema do complemento. Considerado como um órgão imunitário privilegiado, o epitélio intestinal é capaz de mediar reacções imunitárias através de um papel protector local ou de desencadeador de uma resposta inflamatória à presença de moléculas exógenas, agentes patogénicos ou nanopartículas. A falta de segurança por inadequação ou insuficiência de estudos pode levar à exacerbação das vias inflamatórias conduzindo a efeitos adversos graves locais. É, portanto, imperativo incluir em estudos pré-clínicos uma ampla gama de ensaios imunológicos e toxicológicos de modo aumentar a representatividade dos resultados e reforçar o potencial para a progressão em outras fases do desenvolvimento de nanopartículas para da administração oral de insulina . Nesta revisão, são focados estudos recentes da administração oral de insulina para a diabetes, bem como a adequação dos estudos de segurança que suportam o seu desenvolvimento pré-clínico. O melhoramento dos processos de avaliação precoce de segurança através de uma transição para estudos quantitativos de relacionamento de desempenho estrutura-imune em modelos animais representativos será também elucidado. Assim, o papel e a importância da optimização racional no desenvolvimento de nanomedicamentos "safe by design" será contextualizada no campo da Diabetes.