科学家开发出喷药胶囊或可替代打针乌贼灵感革新药物递送

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2024-11-26 10:46:00 凤凰网

三百多年前，英国建筑师兼科学家克里斯托弗·雷恩爵士对药物递送产生兴趣，希望找到一种方法直接将药物或液体注入人体。他用鹅毛、金属管等工具制作了一个简易的注射器，首次尝试用打针的方式将药物溶液注入狗的静脉血管。从那时起，“打针”逐渐成为一种广泛应用的给药方式。到了今天，许多大分子生物制剂如重组胰岛素、单克隆抗体和疫苗主要通过注射进入人体发挥药效。

然而，打针带来的疼痛与不便显而易见，特别是在治疗糖尿病或癌症等需要频繁用药的慢性病时，注射给患者的日常生活带来很大负担。因此，近年来许多科学家致力于开发无需打针的新药物递送系统，希望通过更为简单的口服方式让胰岛素、抗体这类大分子药物进入血液循环。但要实现这一目标，必须解决药物在胃肠道中的稳定性和吸收效率问题。

为克服这些挑战，麻省理工学院的Giovanni Traverso教授与诺和诺德公司的科学家合作多年，最近受乌贼、章鱼等头足类动物启发，开发出一种高科技胶囊。这种胶囊能像乌贼喷墨那样，自动将其中包含的药物直接“喷”进人的胃肠道内壁，全程无需任何针头。最新一期《自然》杂志报道了这项成果：“乌贼胶囊”实现了不亚于传统注射的药物吸收率，有望为胰岛素、抗体、RNA或其他大分子的递送提供解决方案。

乌贼经常受到捕食者的威胁，因此发展出了多种保护自己的方法，喷墨是其中之一。它们依靠外套膜强有力的肌肉收缩，将墨囊中的墨汁迅速喷出，形成一团浓密而迅速扩散的黑云以遮挡敌人的视线。此外，这套灵活的喷射系统还能喷水，通过改变水的推力以及漏斗水管的指向来控制运动速度和方向。

研究人员从中汲取灵感，设计了两种模拟乌贼喷射的微射流递送系统，适用于胃肠道的不同部分。一种大约蓝莓大小，可携带80微升药物，适合在胃、结肠等球状部位轴向喷射；另一种呈细管状，可一次提供200微升药物，适合在食道、小肠等较窄的细长部位径向喷射。喷射的推力来自胶囊内的弹簧或是压缩的二氧化碳气体，在胶囊被吞服前保持压缩状态；而在胶囊进入胃部后，潮湿酸性环境会溶解触发器，使弹簧弹出或气体膨胀，从而将药物喷射出来。

为了确保胶囊在合适的位置喷射，研究人员通过一系列实验计算出不同位置所需推力、喷嘴尺寸和喷射角度。结果显示，胶囊不需要与胃肠道组织表面直接接触即可产生所需效果。胶囊完成喷药任务后可通过消化道排出体外。这款胶囊的雏形曾在2019年登上《科学》，后续版本也展示了递送胰岛素和单抗药物的应用潜力。但之前的版本都在胶囊中设计了可降解的微型针头，而此次的新版本则完全不需要针头，大大减少了造成组织损伤的可能性。

最新研究中，研究人员使用猪和狗作为测试对象，测试了两款无针胶囊在体内递送生物大分子药物的效果，成功将胰岛素、GLP-1类似物、siRNA等不同类型的大分子药物送入动物体内，并且血液中的药物浓度达到了与注射器注射药物相同的水平。除了患者可以自行口服外，研究人员还设计了适用于内窥镜检查或手术时使用的胶囊版本，以替代内窥镜注射针。这些装置不仅实现了与传统注射相当或更高的药物吸收率，还有望改变慢性病的管理和治疗体验。

(责任编辑：张小花 TT1000)

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