新的胶囊可以口服注射药物

许多药物,尤其是那些由蛋白质制成的药物,不能口服,因为它们在生效前在胃肠道中就被分解了。例如胰岛素,糖尿病患者每天甚至更频繁地注射胰岛素。

麻省理工学院的工程师们与诺和诺德公司的科学家们合作,设计了一种新的药物胶囊,可以携带胰岛素或其他蛋白质药物,并保护它们免受胃肠道恶劣环境的侵害。当胶囊到达小肠时,它会分解,露出可溶解的微针,这些微针附着在肠壁上,释放药物进入血液。

“我们真的很满意新的口服交付设备的最新结果我们实验室成员开发了与我们的合作者,我们期待并希望看到它在未来帮助糖尿病患者和其他人,”罗伯特·兰格说,麻省理工学院的大卫·h·科赫研究所教授、科赫综合癌症研究所的一员。

在对猪进行的试验中,研究人员表明,这种胶囊可以装载与注射等量的胰岛素,使微针释放后能迅速进入血液。

兰格和乔瓦尼·特拉弗索(Giovanni Traverso)是这项研究的资深作者,他们是麻省理工学院机械工程系的助理教授、布莱根妇女医院(Brigham and Women’s Hospital)的胃肠病学家。这篇论文的主要作者是麻省理工学院最近的博士获得者Alex Abramson和前博士后Ester Caffarel-Salvador。

微针交付

兰格和特拉弗索之前开发了几种新的口服给药策略,通常需要注射。这些努力包括一种包裹着许多小针的药丸,以及一种展开的星形结构,在释放药物时可以在胃里停留几天到几周。

Traverso说:“许多工作的动机是认识到病人和卫生保健提供者都更喜欢口服给药途径,而不是注射给药途径。”

今年早些时候,他们开发了一种蓝莓大小的胶囊,内含一根由压缩的胰岛素制成的小针头。针一到达胃,就把药注射到胃壁。在这项新的研究中,研究人员着手开发一种胶囊,可以将其内容物注入小肠壁。

特拉弗索说,大多数药物是通过小肠吸收的,部分原因是它的表面积非常大——250平方米,大约一个网球场那么大。此外,特拉弗索注意到,人体的这一部分缺乏痛觉受体,这可能会使小肠内的无痛觉微注射成为可能,从而提供胰岛素等药物。

为了让胶囊到达小肠并进行显微注射,研究人员在胶囊上涂上了一种聚合物,这种聚合物可以在酸性环境下生存,即pH值在1.5到3.5之间。当胶囊到达小肠时,pH值越高(约6),胶囊就会破裂,胶囊内的三条折叠臂就会弹开。

每只手臂上都有一小块1毫米长的微针,可以携带胰岛素或其他药物。当手臂张开时,它们释放的力量使微小的微针穿透小肠组织的最外层。注射后,针头会溶解并释放药物。

艾布拉姆森说:“我们对动物和人体组织进行了大量的安全测试,以确保药物的穿透不会造成全层穿孔或任何其他严重的不良反应。”

为了减少肠道堵塞的风险,研究人员设计了手臂,这样在应用微针贴片后,手臂就会断裂。

康奈尔大学(Cornell University)生物医学工程、化学和生物分子工程教授戴维·帕特南(David Putnam)说,这种新型胶囊代表着朝着实现口服蛋白质药物迈出的重要一步,而这一目标一直很难实现。“这是一篇令人信服的论文,”没有参与这项研究的帕特南说。“运送蛋白质是运送药物的圣杯。几十年来,人们一直在尝试这么做。”

胰岛素示范

在对猪的试验中,研究人员发现,这种30毫米长的胶囊可以有效地释放胰岛素,并立即产生降低血糖的反应。他们还表明,在应用了微针贴片后,在肠道和手臂中没有形成任何阻塞而安全排出。

卡弗雷-萨尔瓦多说:“我们设计的手臂保持足够的力量将胰岛素微针输送到小肠壁,同时在几个小时内仍然溶解以防止胃肠道阻塞。”

虽然研究人员用胰岛素来演示新系统,但他们相信它也可以用来传递其他蛋白质药物,如激素、酶、抗体,以及rna类药物。

Traverso说:“我们可以提供胰岛素,但我们看到许多其他疗法和疫苗的应用。”“我们正在与合作伙伴密切合作,以确定我们可以产生最大影响的下一步步骤和应用。”

这项研究由诺和诺德公司(Novo Nordisk)和美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)资助。论文的其他作者包括Vance Soares、Daniel Minahan、Ryan Yu Tian、Xiaoya Lu、David Dellal、Yuan Gao、Soyoung Kim、Jacob Wainer、Joy Collins、Siddartha Tamang、Alison Hayward、Tadayuki Yoshitake、Hsiang-Chieh Lee、James Fujimoto、Johannes Fels、Morten Revsgaard Frederiksen、Ulrik Rahbek和Niclas Roxhed。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:http://news.mit.edu/2019/orally-deliver-drugs-injected-1007

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