对于由大蛋白质或 RNA 组成的药物，传统的口服给药方法是无效的，这类分子容易在消化系统中降解。
多年来，麻省理工学院一直致力于研制通过封装的方式安全地口服此类药物的装置。以前，许多胶囊在进入消化道后都依赖小针头注射药物。但新方法无需使用针头，从而最大程度地减少了潜在的组织损伤。
受鱿鱼利用喷射推进自己在海洋中游动的启发，麻省理工学院联手诺和诺德公司的研究人员，开发了一种可吞咽的胶囊，可以直接将药物释放到胃壁或消化道的其他器官中。相关结果以“Cephalopod-inspired jetting devices for gastrointestinal drug delivery”为题发表在 Nature 上。
乌贼和章鱼可以通过将水充满其外套腔，然后通过漏斗迅速排出水来推进自身。通过改变水的排出力和指向不同方向的漏斗，这些动物可以控制它们的速度和方向。漏斗器官还允许头足类动物喷射墨水，形成诱饵云以分散捕食者的注意力。
研究人员想出了两种在胶囊中模仿这种喷射动作的方法，使用压缩二氧化碳或紧密盘绕的弹簧来产生推动液体药物出胶囊所需的力量。气体或弹簧通过碳水化合物触发器保持在压缩状态，该触发器在暴露于湿度或酸性环境（如胃）时会溶解。当触发器溶解时，气体或弹簧膨胀，将药物喷射出胶囊。
图 | 设计示意图
在一系列利用消化道组织进行的实验中，研究人员计算了所需的压力，以足够的力量排出药物，使它们能够穿透粘膜下组织并在那里积累，形成一个仓库，然后释放药物到组织中。
图 | 射流动力学和组织学特征揭示了药丸的位置超过粘膜屏障
研究人员还设计了不同版本的胶囊，使它们能够针对消化道的不同部分起效。胶囊由金属和塑料制成，可以通过消化道并在释放药物后排出。
一种胶囊底部平坦，顶部高圆顶，可以放在胃壁等表面，并将药物向下喷射到组织中。这种胶囊受到该研究资深作者、麻省理工学院机械工程副教授、博德研究所副研究员 Giovanni Traverso 实验室之前关于自定位胶囊研究的启发，大小相当于一个蓝莓，可以携带 80 微升的药物。第二种胶囊呈管状，可以将其对准食道或小肠等长管状器官，药物会向侧壁喷射而非向下，可以递送 200 微升的药物。
图 | 液体喷射递送到多个胃肠道位置后的体外组织特征
在随后的动物测试中，研究人员证明了可以使用这些胶囊递送大分子蛋白或 RNA 药物。研究人员尝试了三种药物：胰岛素、一种类似于糖尿病药物 Ozempic 的 GLP-1 受体激动剂，以及一种称为小干扰 RNA（siRNA）的 RNA。
此外，研究人员还展示了使用这种胶囊后动物血液中的药物浓度与使注射器给药相当，并且没有检测到任何组织损伤。
图 | 体内测试设计图
这种可吞服的胶囊可以让需要频繁注射药物的患者在家中使用，而且消除了处理锐器的需要，提高了患者依从性。该研究在口服递送大分子药方面是一个重大飞跃，尽管过去尝试了许多口服给药的方法，但它们在实现高生物利用度方面往往效率低下，而这种方法在动物模型中以高效率传递生物利用度的能力，可能对许多大分子药物生物制剂方法产生影响，在未来为患者带来巨大的便利。
“除了消除尖锐物外，高速柱状喷射器的另一个潜在优势是其对定位问题的稳健性。与需要与组织紧密接触的小针头相比，我们的实验表明，喷射器可以从远处或以微小角度输送大部分剂量。”这篇论文的主要作者 Graham Arrick 说道。
该团队计划继续改进胶囊并在未来进行人体试验。这项基础研究为改变药物输送方式奠定了良好的基础，有望改善许多患者的生活质量。
参考链接:
1. Arrick, G., Sticker, D., Ghazal, A. et al. Cephalopod-inspired jetting devices for gastrointestinal drug delivery. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08202-5
