告别打针!胰岛素口服胶囊来了,麻省理工团队已有一揽子技术

生物医学
告别打针!胰岛素口服胶囊来了,麻省理工团队已有一揽子技术
麻省理工科技评论 2019-10-16

2019-10-16

研究发现,这款腔内展开微针注射器(LUMI)装载的药物与临床使用量相当,可以更快地被吸收,且生物利用度较高。
药品 技术 麻省理工
研究发现,这款腔内展开微针注射器(LUMI)装载的药物与临床使用量相当,可以更快地被吸收,且生物利用度较高。

胰岛素注射可能是大多数糖尿病患者的噩梦,轻则每天注射一次,重则每天注射三次,许多患者的肚皮满目疮痍。

“既然打针这么痛苦,那能不能口服胰岛素药物呢?” 遗憾的是,由于胰岛素属于蛋白类药物,一经口服后,就会在胃肠道内被消化酶分解吸收,无法起到降血糖的作用。既往研究者设计了渗透增强剂、纳米颗粒胶囊和黏液粘附补丁等增强这类生物大分子的吸收,然而,它们的药代动力学和生物利用度仍比不上注射给药。

值得期待的是,近日麻省理工学院的研究人员成功设计出了一种新型口服药物胶囊,称为腔内展开微针注射器(LUMI),它含有装载胰岛素或其他蛋白类药物的微针,将其口服到达小肠,胶囊在肠内溶解后,载药微针就会被快速插入小肠组织中,释放药物以进入血液。

告别打针!胰岛素口服胶囊来了,麻省理工团队已有一揽子技术

(来源:MIT News)

研究发现,这款腔内展开微针注射器(LUMI)装载的药物与临床使用量相当,可以更快地被吸收,且生物利用度较高。

研究人员表示,他们在动物和人体组织上实施了无数次安全性测试,来确保微针穿刺小肠后可以使药物成功释放而不会出现小肠穿孔或任何不良事件。该研究发表在 Nature Medicine中。

麻省理工学院 David H. Koch 研究所专家 Robert Langer 表示,“我们实验室成员开发的新型口服给药装置效果令人欣慰,我们期待这个装置可以帮助更多的糖尿病患者。”

腔内展开微针注射器

在本次研究中,麻省理工学院的研究人员开发出腔内展开微针注射器,可以将内容物注入小肠壁。

麻省理工学院机械工程系的助理教授 Traverso 表示,事实上,许多药物都是通过小肠壁吸收的,其中一部分原因是小肠的表面积非常大,有 250 平方米,相当于一个网球场那么大,此外,身体这个部分缺乏疼痛感受器,可以在小肠中进行无痛微注射来输送像胰岛素等蛋白类药物。

为了让胶囊到达小肠实施微注射,研究人员在直径 9 毫米,长度 30mm 的胶囊表面涂了一种聚合物,使其可以在胃酸环境(PH=1.5-3.5)下生存,当胶囊到达小肠后,高浓度 PH(约为 6)就会使其破裂,随后,胶囊内的三个可降解臂就会弹开。

而每个可降解臂上都有几个 1 毫米长的微针,能够携带胰岛素或其他药物,当可降解臂展开后,微针就会刺入小肠组织最外层,接着针头溶解并释放药物。随后,可降解臂断裂,减少小肠阻塞的风险。

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图 | 腔内展开微针注射器(LUMI)示意图,LUMI 放置在肠溶胶囊中,当其进入小肠后启动,并将载药微针注入小肠壁,可降解部分在几个小时内溶解,不可降解部分通过消化道排出体外(来源:Nature Medicine)

那么,这样一个装置效果如何?

研究人员将搭载重组人胰岛素的胶囊放入猪体内空肠中,25 分钟后,他们观察到人胰岛素浓度达到峰值,并伴随低血糖发生。与皮下注射相比,搭载胰岛素胶囊的猪体内胰岛素浓度达到峰值的速度更快。同时,小肠内没有出现阻塞且可降解臂安全排出体外。

此外,在给药一周内,猪的饮食习惯,社交及健康状况未见异常。

研究人员说,我们在动物和人体组织中实施了无数次安全性测试来确保穿刺后可以使药物成功释放而不会导致小肠穿孔或任何不良事件的发生,设计的这个可降解臂有足够力量将胰岛素微针输送到小肠,同时可以在数小时内溶解防止阻塞肠道。

尽管研究人员使用胰岛素来证实这个新口服给药装置,他们相信这个装置也能输送其他蛋白药物如激素、酶或抗体,以及 RNA 药物。

几款代替注射的口服给药装置

实际上,麻省理工学院在新型口服给药装置研究领域有诸多创新,已经在该领域发表多篇论文,未来这些技术积累可能会引领给药方式的进步。

早在 2014 年,麻省理工学院和麻省总医院的研究人员共同设计了一款代替注射的口服给药装置。这是一款装有许多空心针的新型药物胶囊,当患者吞下的胶囊到达消化道特定位置后,周围涂层会因 PH 的改变溶解,随后空心小针将药物直接注射到胃内壁。动物实验结果证实,此胶囊在消化道中停留了约 1 周,而且与皮下注射胰岛素相比,此胶囊注射等量的胰岛素时血糖下降更快,幅度更大,也不会出现伤害性副作用。该研究发表在 Journal of Pharmaceutical Sciences 中。

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图 | 带有空心针的微型药物胶囊示意图,当药丸到达消化道所需位置时,胶囊周围的 ph 敏感性涂层溶解,使药物通过微针释放出来(来源:MIT News)

同样,在 2016 年,麻省理工学院和布莱根妇女医院的研究人员共同设计了一种新型药物胶囊,该胶囊是一个带有 6 个臂的星型结构,这些臂可以向内折叠并装在光滑的胶囊中,药物就放在每个臂中。

当患者吞下胶囊后,胃酸会溶解胶囊最外涂层,随后 6 个臂展开,并使其停留在胃中。在动物实验中,研究人员证实该药物胶囊可在胃中保留约 2 周,并逐渐释放药物,接着,6 个臂溶解断开。由于这些断开的碎片足够小,因此可以无任何伤害地通过消化道。研究人员表示,这对于需要长期持续给药的患者来说,是非常有益的。

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(来源:MIT News)

2019 年初,麻省理工学院领导的研究小组开发了一种口服胰岛素的药物胶囊,该胶囊相当于一个蓝莓大小,与既往设计不同的是,这款新胶囊里只有一根针,且针头由近 100% 压缩的冻干胰岛素制成。在胶囊内部,针头连接到压缩弹簧上,压缩弹簧固定在胶囊内部的糖圆盘上,当患者吞下胶囊,胃酸溶解糖盘,弹簧将针头注入胃壁。该研究发表在 Science 中。

动物实验显示,该胶囊可以输送多达 5mg 胰岛素来降低血糖,这相当于 1 型糖尿病患者需要注射的胰岛素剂量。而且,在释放出胰岛素后,由生物可降解聚合物和不锈钢组件制成的胶囊可以无害地通过消化道,且不会有任何副作用。

研究人员说,我们许多研究的动机都是意识到患者和医生、护士等卫生保健人员更喜欢口服药,而不是注射药物。

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