口服大蛋白药物如此困难的一个原因是这些药物无法通过消化道的粘液屏障。这意味着胰岛素和大多数其他包含蛋白质或核酸的生物药物必须在医院注射或给药。麻省理工学院和布莱根妇女医院的研究人员现在已经开发出一种机器人药物胶囊RoboCap，有朝一日可能能够取代这些注射剂。口服药物输送装置有一个机器人帽，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壁的细胞。因此，当摄入时，胶囊的凝胶状涂层首先溶解在胃中。然后，小肠的环境激活RoboCap，RoboCap振动并旋转以清除粘液，增强混合并将药物有效载荷沉积在可能被吸收的小肠中。

该团队在临床前模型中测试了该设备，提供胰岛素和抗生素万古霉素，通常通过静脉内输送。在猪模型中，RoboCap将胰岛素和万古霉素的药物渗透性提高了10倍以上。开发人员希望他们的设备可以克服胃肠道环境的许多挑战，以提供其有效载荷。

“肽和蛋白质是重要的药物，但胃肠道的降解环境和吸收不良限制了口服这些药物的能力，”麻省理工学院机械工程KarlvanTassel职业发展助理教授，布莱根妇女医院胃肠病学家GiovanniTraverso，MB，BChir博士说。“RoboCap的粘液清除和搅动运动旨在克服这些障碍，并帮助将药物运送到需要的地方......通过置换粘液，我们可以最大限度地分散药物在局部区域，并增强小分子和大分子的吸收。

Traverso是该团队在ScienceRobotics上发表的论文的共同通讯作者，题为“RoboCap：用于增强胃肠道药物输送的机器人粘液清除胶囊”。该论文的主要作者是ShriyaSrinivasan博士，他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。

虽然它是最常见，最具成本效益和实用的药物给药方法，但大分子的口服药物递送受到胃肠道(GI)降解环境和吸收不良的限制，“作者指出。“药物必须克服胃的恶劣酸性环境，溶解在胃肠道液中，在动态肠道微生物群和降解酶中保持稳定，穿透粘性粘液屏障，并逃避外排泵以实现治疗生物利用度。”

例如，数百万糖尿病患者每天需要胰岛素，其口服生物利用度低于1%，因此必须注射。肽抗生素万古霉素通常用于治疗严重的革兰氏阳性细菌感染，口服生物利用度为0.069-4%，因此必须静脉注射，需要昂贵的住院治疗，研究小组继续说道。

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，因为蛋白质药物倾向于在消化道的酸性环境中分解，并且它们也难以穿透肠道内的粘液屏障。“吸收是进入的第一阶段，主要受到粘液屏障的阻碍，”研究人员进一步解释说。“通过其粘性、亲水性、频繁周转和剪切稀化凝胶特性，粘液充当动态、空间位阻和互动屏障，防止管腔中的药物到达上皮表面。”

为了克服其中一些障碍，Srinivasan提出了创建一个保护胶囊的想法，其中包括一种通过粘液隧道的机制，就像隧道掘进机钻入土壤和岩石一样。

“我认为，如果我们能穿过粘液，那么我们就可以直接将药物沉积在上皮上，”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，暴露所有这些开始搅动粘液并清除它的特征。

该团队生产的RoboCap胶囊大约是多种维生素的大小，胶囊涂有明胶，可以调整为在特定pH下溶解。该装置在一端的小型储液罐中携带其药物有效载荷，并在其主体和表面容纳其隧道机构。当涂层溶解时，pH值的变化会触发RoboCap胶囊内的微小电机开始旋转。这种运动有助于胶囊进入并移位粘液。胶囊还涂有小螺柱，可以刷掉粘液，类似于牙刷的作用。

麻省理工学院开发的一种新型药物胶囊可以帮助胰岛素和小分子药物等大蛋白质被消化道吸收。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壁的细胞。[菲利斯·弗兰克尔]

旋转运动还有助于侵蚀携带药物的隔室，该隔室逐渐释放到消化道中。“RoboCap的作用是暂时置换最初的粘液屏障，然后通过最大化药物的局部分散来增强吸收，”Traverso解释说。“通过结合所有这些元素，我们确实最大限度地提高了为药物吸收提供最佳情况的能力。

在动物测试中，研究人员使用RoboCap设备提供胰岛素或万古霉素，这是一种大肽抗生素，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。使用胶囊，研究人员发现他们可以提供比没有隧道机制的类似胶囊多20到40倍的药物。“与标准口服递送相比，由RoboCap介导的万古霉素(1.4千道尔顿糖肽)和胰岛素(5.8千道尔顿肽)递送在离体和体内猪模型中提高了20至40倍的生物利用度。令人鼓舞的是，他们进一步指出，“与皮下或血管内注射的药效学相比，使用RoboCap输送胰岛素导致更缓慢的吸收，这可能是需要逐渐或持续释放的各种药物的有用特征。

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。通过他们的体内研究，研究人员发现胶囊通过后消化道没有炎症或刺激的迹象，他们还观察到粘液层在被RoboCap移位后的几个小时内发生了变化。

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帮助它们穿过肠道组织的其他药物一起给予。然而，这些增强剂通常只适用于某些药物。Traverso建议，由于麻省理工学院团队的新方法仅依赖于对粘液屏障的机械破坏，因此它有可能应用于更广泛的药物。“一些化学增强剂优先与某些药物分子一起工作，”他指出。“使用机械给药方法可以使更多的药物具有增强的吸收。

科学家表示，与其他药物载体系统(如基于脂质的配方或纳米颗粒)不同，RoboCap不存在生物相容性问题，因为机电组件在药物递送后保持密封并穿过身体。在他们的论文中，他们得出结论：“正如我们在胰岛素输送的情况下所证明的那样，RoboCap可以通过口服摄入通常需要更繁琐和昂贵的方法的药物(如皮下注射，吸入器和静脉内给药)达到治疗吸收水平，需要住院治疗。

虽然本研究中使用的胶囊在小肠中释放其有效载荷，但RoboCap策略也可用于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递送其他蛋白质药物的可能性，例如用于治疗1型糖尿病的GLP2受体激动剂。胶囊还可用于递送局部药物，用于治疗溃疡性结肠炎和其他炎症性疾病，通过最大限度地提高组织中药物的局部浓度来帮助治疗炎症。

版权说明：本站所有作品图文均由用户自行上传分享，仅供网友学习交流。若您的权利被侵害，请联系我们

标签：药物胶囊RoboCap