近日，美国乔治亚理工学院的科研人员开发出一种口服胰岛素胶囊，通过微型针头，将药物注射入肠壁上，从而皮下避免注射，供 2 型糖尿病患者日常使用。该药物研究成果发表在《自然·医学》上。
对于医生而言，相比于注射用药，他们更喜欢开口服药，哪怕效果稍微差点。一是因为病人通常都不喜欢打针，还经常演化出很多医疗纠纷。另外患者的疾病自我管理能力较差，常常“漏掉打针”或者出现“重复注射”，对于病情严重的糖尿病病人来说，这两种情况都是很危险的。
因此，药物制剂和给药方式研究一直都是药物研究领域的一个重要目标，可以通俗理解为将目前需要注射的药物，如生物制剂，改为更为方便操作的口服。
我们都知道，口服给药仅限那些能在胃酸环境、肠粘膜和上皮屏障以及肠和肝的酶降解作用下存活的药物。根据利平斯基著名的“五法则”（判断一个具有药理学活性或生物学活性的化合物能否成为口服药物的经验法则），口服药物一般需满足以下条件，如分子量一般小于500da，是亲脂的，没有太多的氢键供体或受体。这就使蛋白质、遗传物质或其他大分子类物质的口服变为不可能，因此几乎所有的生物制剂都是注射给药。该研究是通过将微针技术整合到口服给药系统中解决了这一挑战。
这种微针系统称之为管腔展开微针注射器(LUMI)。由3个手臂（Arms）固定于同一底部弹簧构成。每个手臂上都有一个贴片，贴片上均有32个微针（Microneedle），微针是由水溶性硬质材料制成的，内部包裹着目标药物（drugs）。手臂最初收缩在管腔内，当胶囊被吞下并到达肠道后，支撑弹簧的聚合材料溶解，引起驱动，将囊腔推出胶囊。然后LUMI手臂向外展开，将微针贴在肠壁上，它们穿透上皮屏障，溶解并释放包膜药物。
这种胶囊外部包裹着高分子材料，可耐受胃液，进入小肠内由于PH的改变，胶囊外壳溶解并触发弹簧装置，弹力恰好让针头扎入小肠组织最表层并释放药物。
该研究用猪进行了动物试验，胶囊可以承载与皮下注射等量的胰岛素，其药代动力学和降血糖药效与皮下注射无明显差异。针头扎入小肠壁后会在数小时内溶解，且折叠小臂会断开，从而降低胶囊堵塞肠道的风险。论文作者之一、美国麻省理工学院助理教授乔瓦尼·特拉韦尔索说，小肠表面积很大，相当于一个网球场，也缺乏痛觉受体，适合这种胰岛素胶囊给药。
包括胰岛素在内，目前许多蛋白质药物只能采用注射等方式给药，而无法采用常规口服的方式，否则药物起效前就会在胃肠内分解。研究人员说，新的给药方法还可用于激素、酶、抗体或 RNA 药物等其他蛋白质药物。
药物开发人员和患者都强烈倾向于口服药物，而不是注射药物。药物递送研究人员数十年来一直尝试口服生物制剂和其他高分子药物，但收效甚微。用于肠道、皮肤或其他组织的微针贴片有望减少对注射的依赖，因为注射限制了患者的依从性和获得药物的途径。这些技术为扩大药物治疗的影响，特别是生物制剂，以及避免注射的刺痛提供了前景。
研究评价
1：该研究的局限性：服药后胶囊必须先经过胃，但胃排空时间通常需要1-4小时。这就给胰岛素的实时传递带来了不确定性，食物的消耗快慢直接与关系到胰岛素的实际注射时间。故而，该技术更适合于其他对药物作用起始时间变化不敏感的药物。
2：其实，该研究说不上太新奇。Rani Therapeutics公司的机器人胶囊RaniPill原理就与其非常相似，并已经于今年3月份宣布完成首次人体试验。不同之处在于针头的发射方式，RaniPill胶囊的肠溶衣被溶解，同时触发一种化学反应让胶囊中的一个小气球膨胀。而小气球的膨胀会产生足够的压力将由药物构成的微针射入到肠壁组织中，帮助药物的吸收。当气球完成射出微针的使命后，它们会自动放气，从体内排出。
3：有趣的是，今年两月份的时候，《Science》刊也发表了另一项胰岛素消化道注射的研究，只不过不是在肠道，而是在胃。针尖由近100%的压缩冻干胰岛素制成。针头连接到压缩弹簧上，压缩弹簧固定在由糖制成的圆盘底座上。当胶囊被吞咽后，胃液溶解糖盘释放弹簧，并将针头注入胃壁。胃壁不存在疼痛受体，因此研究人员认为患者将无法感觉到注射。而且该药物系统可以调整自身的方向，确保针头接触到胃内壁。设计灵感来源于非洲的豹龟的自我定位。这种龟有一个又高又陡的龟壳，当它仰面朝天时也可以调整自己。
研究人员利用计算机建模，为他们的胶囊设计出这种形状的变体，使其即使在胃的动态环境中也能自我调整，重新定位。
4：看清楚了吗
？肠道“弹簧发射器”、“肠道气球炮”，胃内“陀螺针”，各种各样的物理、化学原理的口服微针系统都等待着折腾我们的肠道，新时代的胰岛素注射方法丰富多彩，大家的肠子准备好了吗？
参考资料:
https://www.chemdrug.com/news/232/13/63242.html
https://doi.org/10.1038/s41591-019-0606-0
http://paper.sciencenet.cn//htmlpaper/2019/10/201910101034497752896.shtm
http://www.medsci.cn/article/show_article.do?id=83b3159e052b
·超多科研干货·
关注“科研猫”公众号，联系客服
胖雨小姐姐
or
折耳猫小姐姐
领取
- 往期热文 -
科研绘图
立即学习>
数据挖掘
立即学习>
精通R语言
立即学习>
网络分析
发现更多>
生存分析
发现更多>
功能富集
发现更多>
更多科研新鲜资讯、文献精读和生物信息技能
请关注科研猫公众号
未经许可请勿随意转载，
版权事宜由上海辰明律师事务所提供法务支持