1656 年，克里斯托弗·雷恩爵士 (Sir Christopher Wren) 记录了最早使用皮下注射针头为大型哺乳动物输送药物的情况，当时他给狗进行了酒精和鸦片的静脉注射。从那时起，皮下注射针头就成为治疗剂给药的主要手段，包括胰岛素、疫苗和单克隆抗体等大分子。内窥镜注射到胃肠道器官也被广泛用于各种治疗。然而，针头给药会增加锐器管理的负担，这对患者和医疗专业人员来说都是一个挑战。此外，最近的一项研究发现，注射者和开处方的医生更喜欢口服大分子药物，包括频率更高和比典型的 (000) 胶囊更大的药物。药物输送领域的最新发展表明，通过可自行管理的机器人可摄取设备输送多种大分子药物具有潜力，从而优化了传统上依赖于肠外途径的治疗方法。这些自主系统包括能够自我定位、自我展开、自我膨胀和皮下针头回缩的系统，这些系统在临床前或早期临床研究中已证明是成功的。然而，它们主要集中在应用实心针头形式进行给药。相比之下，微喷射注射代表了一种无针给药方式，其中使用准直加压液体流同时穿透组织并输送药物。它之前已被应用于皮肤大分子输送，并已应用于颊粘膜以给兔子接种疫苗。近年来，麻省理工学院Giovanni Traverso课题组在口服递送药物的进展。
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Science 363, 611–615 (2019)
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Nat Med 25, 1512–1518 (2019)
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Nat Biotechnol 40, 103–109 (2022)
受鱿鱼和乌贼等头足类动物的喷射推进机制的启发，麻省理工学院Giovanni Traverso、诺和诺德公司的Stephen T Buckley等研究人员开发了一系列微喷射输送(MiDe)系统，每种系统都具有独特的轴向或径向喷射方向，可精确定位胃肠道内的各种情况。
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胃肠道 MiDe系统有两个关键的高级设计特点。首先，有定位方法，即喷射与粘膜的定位。轴向系统针对海绵状或球状器官，如胃或结肠，其中主动定位喷射的轴线至关重要，而径向系统更适合较窄的管状器官，如食道或小肠，其中喷射的定位由其在运输过程中的自然接近性被动确保。其次，系统的自主性水平。系留系统非常适合内窥镜应用，其中治疗输送事件由胃肠病学家在精确的位置和时刻监督和触发，而自主或“独立”系统与口服自我给药兼容。
即：本文采用了两种喷射方法：轴向喷射用于输送到较大的球状器官（如胃和结肠），径向喷射用于较小的管状器官（包括小肠和食道）。这些系统被集成到可摄入的设备中，这些设备可以系绳（在内窥镜上）或不系绳（自主），从而实现多种药物给药方法。
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图|轴向和径向 MiDe 喷射概念，用于无针药物输送至胃肠道器官图|喷射动力学和组织学特征揭示了药丸穿过粘膜屏障的位置
借鉴头足类动物运动的原理，认识到在胃肠道内各种情况下轴向和径向喷射输送的医学必要性。研究人员详细介绍了针对不同胃肠道段定制的喷射注射装置的原型设计、特性和应用，包括它们在胃和小肠中的部署。该研究的目标是建立能够支持径向和轴向输送的系留和自主 MiDe 系统。研究人员通过检查体外喷射动力学启动了开发过程，然后在潜在目标组织中进行离体评估，以确定最佳粘膜内输送的条件。随后，在大型哺乳动物（狗和猪）的测试中，微喷射输送系统可以成功输送大分子，如胰岛素、食欲调节激素GLP-1的类似物和小干扰 RNA (siRNA)。该装置可实现高达 90% 的生物利用度（物质到达目的地的比例），这与皮下注射的生物利用度相当。例如，在 9.4 bar的压力下，将胰岛素输送到猪的小肠可达到 69% 的生物利用度，而在 24.5 bar的压力下，将胰岛素输送到狗的胃可达到 90% 的生物利用度。这些发现表明喷射压力与药物吸收之间存在直接相关性，凸显了该系统的效率和可控性。图|液体喷射输送至多个胃肠道位置后的体外组织特征
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图|使用概念验证喷射装置进行体内测试
微喷射输送系统的开发标志着无需针头即可输送药物的方法取得了突破。这项技术可以大大提高治疗依从性，特别是对于需要经常服药且目前依赖静脉输液或肌肉注射和皮下注射的慢性病。它还可能扩大临床环境之外大分子疗法的可及性，从而实现对更广泛疾病的家庭治疗。尽管前景光明，但目前的研究仅限于临床前动物模型。需要进一步研究以确定对人类的安全性和有效性，特别是关于长期使用和胃肠道组织的潜在副作用。此外，该技术的适用性可能因药物的特性和目标组织而异。未来的工作将侧重于制造符合监管指南的具有最佳安全特性的设备，优化喷射输送参数并扩大可输送药物的范围。研究人员还计划探索可生物降解的材料，以提高设备的环境可持续性。Arrick, G., Sticker, D., Ghazal, A. et
al. Cephalopod-inspired jetting devices for gastrointestinal drug delivery.
Nature (2024).https://doi.org/10.1038/s41586-024-08202-5Nanolab纳米材料交流QQ群：937788022
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