机器人胶囊开发用于将药物输送到肠道

口服大蛋白药物如此困难的一个原因是这些药物不能通过消化道的粘液屏障。这意味着胰岛素和大多数其他“生物药物”——由蛋白质或核酸组成的药物——必须在医院注射或给药。

麻省理工学院开发的新药物胶囊可能有一天能够取代这些注射剂。胶囊有一个机器人帽，当它到达小肠时，它会旋转并穿过粘液屏障，允许胶囊携带的药物进入肠道内的细胞。

“通过置换粘液，我们可以最大限度地提高药物在当地区域的分散性，并增强小分子和大分子的吸收，”麻省理工学院卡尔·范·流苏职业发展助理教授，布莱根妇女医院胃肠病学家GiovanvanTraverso说。

在今天发表在《科学机器人》上的一项研究中，研究人员证明，他们可以使用这种方法来输送胰岛素以及万古霉素，万古霉素是一种目前必须注射的抗生素肽。

ShriyaSrinivasan是麻省理工学院科赫综合癌症研究所的研究附属机构，也是哈佛大学研究员协会的初级研究员，是该研究的主要作者。

隧道穿越

几年来，Traverso的实验室一直在开发口服胰岛素等蛋白质药物的策略。这是一项艰巨的任务，因为蛋白质药物往往在消化道的酸性环境中被分解，并且它们也难以穿透沿着消化道排列的粘液屏障。

为了克服这些障碍，Srinivasan提出了一个保护胶囊的想法，该胶囊包括一个可以隧道穿过粘液的机制，就像隧道掘进机钻入土壤和岩石一样。

“我认为，如果我们可以通过隧道穿过粘液，那么我们可以将药物直接沉积在上皮细胞上，”她说。“这个想法是，你会摄入这个胶囊，外层会溶解在消化道中，暴露所有这些特征，这些特征开始通过粘液搅动并清除它。

“RoboCap”胶囊的大小约为多种维生素，其药物有效载荷在一端的小型储液罐中携带，并在其主体和表面携带隧道特征。胶囊涂有明胶，可以调节以在特定pH下溶解。

当涂层溶解时，pH值的变化会触发RoboCap胶囊内的一个微小电机开始旋转。这种运动有助于胶囊隧道进入粘液并置换它。胶囊还涂有小螺柱，可刷掉粘液，类似于牙刷的作用。

旋转运动也有助于侵蚀携带药物的隔室，药物逐渐释放到消化道中。

“RoboCap所做的是短暂地取代最初的粘液屏障，然后通过最大化药物在局部的分散来增强吸收，”Traverso说。“通过结合所有这些元素，我们确实最大限度地提高了我们的能力，为药物的吸收提供最佳情况。

增强的交付

在动物测试中，研究人员使用这种胶囊来输送胰岛素或万古霉素，万古霉素是一种大肽抗生素，用于治疗广泛的感染，包括皮肤感染以及影响骨科植入物的感染。通过胶囊，研究人员发现，在没有隧道机制的情况下，他们可以提供比类似胶囊多20到40倍的药物。

一旦药物从胶囊中释放出来，胶囊本身就会自行通过消化道。研究人员在胶囊通过后没有发现消化道炎症或刺激的迹象，他们还观察到粘液层在被胶囊取代后的几个小时内就会改变。

一些研究人员用来增强药物口服递送的另一种方法是将它们与其他药物一起给予，以帮助它们穿过肠道组织。然而，这些增强剂通常只与某些药物一起工作。由于麻省理工学院团队的新方法完全依赖于对粘液屏障的机械破坏，因此它可能应用于更广泛的药物，Traverso说。

“一些化学增强剂优先与某些药物分子一起工作，”他说。“使用机械给药方法可以潜在地使更多的药物具有增强的吸收。

虽然本研究中使用的胶囊在小肠中释放其有效载荷，但它也可以通过改变明胶涂层溶解的pH值来靶向胃或结肠。研究人员还计划探索提供其他蛋白质药物的可能性，例如GLP1受体激动剂，有时用于治疗2型糖尿病。胶囊还可用于提供局部药物，通过最大化组织中药物的局部浓度来帮助治疗炎症，从而治疗溃疡性结肠炎和其他炎症状况。

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