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,很多大分子生物制剂,例如重组胰岛素、单克隆抗体、疫苗,主要都是通过注射的方式进入人体发挥药效的。
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然而打针带来的疼痛与麻烦不言自明,尤其是在治疗糖尿病或癌症等需要频繁用药的慢病时,注射给患者的日常生活带来了相当大的负担。所以,近年来很多科学家在积极寻求革新药物递送系统的方法:无需打针,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。
但要口服这类药物,就得解决一系列问题。首先是药物的稳定性。像胰岛素或是单克隆抗体,在胃肠道中很容易被消化液降解,难以保持生物活性。其次,大分子药物较大的体型也很难让它们被胃肠道高效吸收。
为了克服这些挑战,麻省理工学院(MIT)的Giovanni Traverso教授与医药公司诺和诺德(Novo Nordisk)的科学家展开了多年合作。最近,在乌贼、章鱼等头足类动物的启发下,他们开发了一种高科技胶囊。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。
在最新一期的《自然》杂志上,研究团队展示了他们的新成果:“乌贼胶囊”实现了不亚于传统注射的药物吸收率技术,有望为胰岛素、抗体、RNA或其他大分子的递送带来解决方案。
乌贼经常受捕食者的威胁,因此发展出了很多保护自己的方法,喷墨就是最为人熟知的技巧之一。它们靠外套膜强有力的肌肉收缩,将墨囊中的墨汁通过漏斗孔迅速喷出,形成一团浓密而迅速扩散的黑云,遮挡敌人的视线。除了喷墨,这套灵活的喷射系统还可以喷水,通过改变水的推力以及漏斗水管的指向,控制自己的运动速度和运动方向。
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(MiDe)系统,可适用于胃肠道的不同部分。一种大约蓝莓那么大,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。
▲受乌贼喷墨的启发,研究人员开发了两款可向不同角度喷射的药物递送系统(图片来源:参考资料[1])
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,弹簧或气体在触发器的作用下保持压缩状态;而在胶囊被吞进胃部后,胃部特有的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。
为了保证胶囊在合适的位置喷射,研究人员通过一系列实验计算出了在不同位置喷药所需的推力,相匹配的喷嘴尺寸和喷射角度。实验结果显示,胶囊不需要与胃肠道组织表面直接接触就可产生所需的效果。至于胶囊本身,在完成喷药任务后可以通过消化道排出体外。
▲胶囊适用于消化道中结构不同的部位(图片来源:参考资料[1])
这款胶囊的雏形曾在2019年登上《科学》,此后的扩容版本也在《自然》子刊上亮相,分别显示了递送胰岛素和单抗药物的应用潜力。但此前的这些版本都在胶囊中设计了可降解的微型针头,也就是需要胶囊把自己“扎”在消化道壁上释放药物。此次的新版本则完全不需要针头,也就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等动物作为测试对象,测试了两款无针胶囊在体内递送生物大分子药物的效果,成功地将胰岛素、GLP-1类似物、siRNA(短干扰RNA,可用于治疗遗传疾病)等不同类型的大分子药物送入动物体内,并且从血液中的药物浓度来看,达到了与用注射器注射药物时看到的相同数量级的水平。
▲胶囊将胰岛素成功送入动物体内(图片来源:参考资料[1])
除了患者可以自行口服外,研究人员还额外设计了适用于内窥镜的胶囊版本,以便将来医生在内窥镜检查或手术时替代内窥镜注射针使用。
“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。”《自然》杂志总结道。
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作者:鲍德宪
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