Nature | 仿生胶囊将药物直接泵入胃肠道壁

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受到鱿鱼使用喷射器在海洋中推动自己并射出墨云的方式的启发，麻省理工学院和诺和诺德的研究人员开发了一种可摄入胶囊，可以将一股药物直接释放到胃壁或消化道的其他器官中。11月20日，相关研究工作以“

Cephalopod-inspired jetting devices for gastrointestinal drug delivery”为题发表于《Nature》。

“我们一直在探索的长期挑战之一是开发能够口服通常需要注射的大分子的系统。这项工作代表了这一进展的下一个重大进展之一，“麻省理工学院转化工程实验室主任兼机械工程副教授、布莱根妇女医院胃肠病学家、布罗德研究所准成员、该研究的资深作者 Giovanni Traverso 说。

这种胶囊可以提供一种替代方式来输送通常必须注射的药物，例如胰岛素和其他大蛋白，包括抗体。这种无针策略也可用于递送 RNA，作为疫苗或治疗分子来治疗糖尿病、肥胖和其他代谢紊乱。

研究摘要图。图源：MIT News

由大蛋白或 RNA 组成的药物通常不能口服，因为它们很容易在消化道中分解。几年来，Traverso 的实验室一直在研究口服此类药物的方法，方法是将它们封装在保护药物不被降解的小装置中，然后将它们直接注射到消化道内壁。

一旦设备到达消化道，这些胶囊中的大多数使用小针或一组微针来输送药物。在这项新研究中，Traverso 和他的同事们想探索在没有任何类型的针头的情况下输送这些分子的方法，这可以减少对组织造成任何损伤的可能性。

为了实现这一目标，他们从头足类动物中汲取了灵感。鱿鱼和章鱼可以通过用水填充它们的外套膜腔，然后通过虹吸管迅速将其排出来推动自己。通过改变水的排出力并将虹吸管指向不同的方向，动物可以控制它们的速度和行进方向。虹吸器官还允许头足类动物喷射墨水，形成诱饵云来分散捕食者的注意力。

轴向和径向 MiDe 喷射概念，用于将无针药物输送到胃肠道器官

研究人员想出了两种方法来模拟这种喷射动作，使用压缩的二氧化碳或紧密盘绕的弹簧来产生将液体药物从胶囊中推出所需的力。气体或弹簧通过碳水化合物触发器保持压缩状态，该触发器旨在在暴露于潮湿或酸性环境（如胃）时溶解。当触发器溶解时，气体或弹簧膨胀，将药物射出胶囊。

射流动力学和组织学特征揭示了丸注位置越过粘膜屏障

研究人员还设计了胶囊，以便它们可以针对消化道的不同部分。一种版本的胶囊具有平底和高圆顶，可以位于胃壁等表面上，并将药物向下喷射到组织中。这种胶囊的灵感来自于 Traverso 实验室之前对自定向胶囊的研究，它大约有蓝莓那么大，可以携带 80 微升药物。

液体射流输送到多个胃肠道位置后的离体组织表征

在动物试验中，研究人员表明，他们可以使用这些胶囊来输送胰岛素、一种类似于糖尿病药物 Ozempic 的 GLP-1 受体激动剂，以及一种称为短干扰 RNA （siRNA）的 RNA。这种类型的 RNA 可用于沉默基因，使其可能用于治疗许多遗传疾病。

他们还表明，动物血液中药物的浓度达到了与用注射器注射药物时看到的相同数量级的水平，并且他们没有检测到任何组织损伤。

研究人员设想，需要经常服用胰岛素或其他注射药物的患者可以在家中使用这种可食用胶囊。除了使给药更容易，特别是对于不喜欢针头的患者，这种方法还消除了丢弃锋利针头的需要。研究人员还创建并测试了一种可以连接到内窥镜的设备版本，允许医生在内窥镜检查室或手术室中使用它为患者输送药物。

使用概念验证喷射点胶设备进行体内测试

“这项技术是胰岛素和 GLP-1 激动剂等大分子药物口服给药的重大飞跃。虽然过去已经尝试了许多口服给药方法，但它们在实现高生物利用度方面往往效率不佳。在这里，研究人员展示了在动物模型中高效提供生物利用度的能力。这是一种令人兴奋的方法，可能会对目前通过注射或血管内输注给药的许多生物制剂产生影响，“没有参与这项研究的莱斯大学生物工程教授 Omid Veiseh 说。

研究人员现在计划进一步开发这些胶囊，希望能在人体中进行测试。