口服大蛋白藥物如此困難的一個(gè)原因是這些藥物不能通過消化道的粘液屏障。這意味著胰島素和大多數(shù)其他“生物藥物”——由蛋白質(zhì)或核酸組成的藥物——必須在醫(yī)院注射或給藥。

麻省理工學(xué)院開發(fā)的新藥物膠囊可能有一天能夠取代這些注射劑。膠囊有一個(gè)機(jī)器人帽，當(dāng)它到達(dá)小腸時(shí)，它會(huì)旋轉(zhuǎn)并穿過粘液屏障，允許膠囊攜帶的藥物進(jìn)入腸道內(nèi)的細(xì)胞。

“通過置換粘液，我們可以最大限度地提高藥物在當(dāng)?shù)貐^(qū)域的分散性，并增強(qiáng)小分子和大分子的吸收，”麻省理工學(xué)院卡爾·范·流蘇職業(yè)發(fā)展助理教授，布萊根婦女醫(yī)院胃腸病學(xué)家GiovanvanTraverso說。

在今天發(fā)表在《科學(xué)機(jī)器人》上的一項(xiàng)研究中，研究人員證明，他們可以使用這種方法來輸送胰島素以及萬古霉素，萬古霉素是一種目前必須注射的抗生素肽。

ShriyaSrinivasan是麻省理工學(xué)院科赫綜合癌癥研究所的研究附屬機(jī)構(gòu)，也是哈佛大學(xué)研究員協(xié)會(huì)的初級(jí)研究員，是該研究的主要作者。

隧道穿越

幾年來，Traverso的實(shí)驗(yàn)室一直在開發(fā)口服胰島素等蛋白質(zhì)藥物的策略。這是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)藥物往往在消化道的酸性環(huán)境中被分解，并且它們也難以穿透沿著消化道排列的粘液屏障。

為了克服這些障礙，Srinivasan提出了一個(gè)保護(hù)膠囊的想法，該膠囊包括一個(gè)可以隧道穿過粘液的機(jī)制，就像隧道掘進(jìn)機(jī)鉆入土壤和巖石一樣。

“我認(rèn)為，如果我們可以通過隧道穿過粘液，那么我們可以將藥物直接沉積在上皮細(xì)胞上，”她說。“這個(gè)想法是，你會(huì)攝入這個(gè)膠囊，外層會(huì)溶解在消化道中，暴露所有這些特征，這些特征開始通過粘液攪動(dòng)并清除它。

“RoboCap”膠囊的大小約為多種維生素，其藥物有效載荷在一端的小型儲(chǔ)液罐中攜帶，并在其主體和表面攜帶隧道特征。膠囊涂有明膠，可以調(diào)節(jié)以在特定pH下溶解。

當(dāng)涂層溶解時(shí)，pH值的變化會(huì)觸發(fā)RoboCap膠囊內(nèi)的一個(gè)微小電機(jī)開始旋轉(zhuǎn)。這種運(yùn)動(dòng)有助于膠囊隧道進(jìn)入粘液并置換它。膠囊還涂有小螺柱，可刷掉粘液，類似于牙刷的作用。

旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)也有助于侵蝕攜帶藥物的隔室，藥物逐漸釋放到消化道中。

“RoboCap所做的是短暫地取代最初的粘液屏障，然后通過最大化藥物在局部的分散來增強(qiáng)吸收，”Traverso說。“通過結(jié)合所有這些元素，我們確實(shí)最大限度地提高了我們的能力，為藥物的吸收提供最佳情況。

增強(qiáng)的交付

在動(dòng)物測(cè)試中，研究人員使用這種膠囊來輸送胰島素或萬古霉素，萬古霉素是一種大肽抗生素，用于治療廣泛的感染，包括皮膚感染以及影響骨科植入物的感染。通過膠囊，研究人員發(fā)現(xiàn)，在沒有隧道機(jī)制的情況下，他們可以提供比類似膠囊多20到40倍的藥物。

一旦藥物從膠囊中釋放出來，膠囊本身就會(huì)自行通過消化道。研究人員在膠囊通過后沒有發(fā)現(xiàn)消化道炎癥或刺激的跡象，他們還觀察到粘液層在被膠囊取代后的幾個(gè)小時(shí)內(nèi)就會(huì)改變。

一些研究人員用來增強(qiáng)藥物口服遞送的另一種方法是將它們與其他藥物一起給予，以幫助它們穿過腸道組織。然而，這些增強(qiáng)劑通常只與某些藥物一起工作。由于麻省理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)的新方法完全依賴于對(duì)粘液屏障的機(jī)械破壞，因此它可能應(yīng)用于更廣泛的藥物，Traverso說。

“一些化學(xué)增強(qiáng)劑優(yōu)先與某些藥物分子一起工作，”他說。“使用機(jī)械給藥方法可以潛在地使更多的藥物具有增強(qiáng)的吸收。

雖然本研究中使用的膠囊在小腸中釋放其有效載荷，但它也可以通過改變明膠涂層溶解的pH值來靶向胃或結(jié)腸。研究人員還計(jì)劃探索提供其他蛋白質(zhì)藥物的可能性，例如GLP1受體激動(dòng)劑，有時(shí)用于治療2型糖尿病。膠囊還可用于提供局部藥物，通過最大化組織中藥物的局部濃度來幫助治療炎癥，從而治療潰瘍性結(jié)腸炎和其他炎癥狀況。

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