生物藥物如胰島素通常不能配制成吞咽的藥丸或膠囊，因為蛋白質(zhì)或其他生物大分子在胃和胃腸道的惡劣環(huán)境中降解，并且吸收不良。這意味著它們必須通過皮下或靜脈注射給藥，因此糖尿病患者可能必須每天兩次給予自己的拯救生命的胰島素注射。

布里格姆婦女醫(yī)院，麻省理工學(xué)院(MIT)和諾和諾德的科學(xué)家團(tuán)隊現(xiàn)已開發(fā)出一種口服藥物膠囊，在到達(dá)胃部時，將胰島素直接注入胃內(nèi)層。受到豹龜外殼的啟發(fā)，豌豆大小的可攝取微針被設(shè)計成自我定向，因此無論膠囊到達(dá)胃部時它都會被推擠，它總是正確的，這樣針頭就會接觸到并將胰島素注入胃內(nèi)層，而不是注入胃腔。在豬的初步測試中，研究人員表明，自定向毫米級施藥器(SOMA)可成功將胰島素輸送到血液中，沒有任何明顯的不良反應(yīng)。

該團(tuán)隊建議使用相同的SOMA系統(tǒng)來提供其他生物大分子藥物，并且還可能對未來的藥物發(fā)現(xiàn)和開發(fā)產(chǎn)生影響。“SOMA系統(tǒng)及其系統(tǒng)本身的科學(xué)原理有可能口服遞送大分子，如肽，蛋白質(zhì)和核酸，”共同作者Robert Langer博士說，哈佛大學(xué)研究所教授-MIT健康科學(xué)與技術(shù)部。“這一發(fā)現(xiàn)不僅可以改變藥物輸送，還可以改變藥物的發(fā)現(xiàn)，因為目前大多數(shù)藥物發(fā)現(xiàn)的目的都是為了制造患者口服的小分子藥物。”

該團(tuán)隊在題為“ 用于口服遞送大分子的可攝取自定向系統(tǒng) ” 的論文中描述了SOMA技術(shù)及其在Science中的初始體內(nèi)測試。

研究人員指出，自1922年以來，科學(xué)家一直致力于生物大分子的口服輸送系統(tǒng)，與第一次注射胰島素相同。不幸的是，這在實踐中是有挑戰(zhàn)性的，因為分子必須在具有極端pH和蛋白質(zhì)降解酶的非常苛刻的胃腸(GI)環(huán)境中導(dǎo)航，然后在它們到達(dá)血流之前穿透厚的粘液和細(xì)胞屏障。事實上，該團(tuán)隊指出，為了嘗試和改進(jìn)基于GI的生物大分子遞送而開發(fā)的臨床前技術(shù)僅實現(xiàn)了約1%的生物利用度。

因此，必須注射蛋白質(zhì)和肽類藥物如胰島素，可能每天注射多次。并且因為注射是令人不愉快的，用戶不友好的并且越來越昂貴，醫(yī)療保健提供者可能會延遲多年來開出胰島素，而不是有效的口服藥物。

藥物注射膠囊的概念并不新鮮。Langer及其同事，包括聯(lián)合高級和共同作者Giovanni Traverso，MB，博士，哈佛醫(yī)學(xué)院布里格姆婦女醫(yī)院的助理教授，此前曾開發(fā)出一種涂有許多小針頭的藥丸，可以將藥物注射到胃或小腸的襯里。

對于他們的新膠囊設(shè)計，該設(shè)計基于單個微針或毫升，該團(tuán)隊從豹龜殼，Stigmochelys pardalis的靈感中獲取靈感。這種爬行動物在非洲發(fā)現(xiàn)，有一個高而陡峭的圓頂殼，如果它在它的背上滾動，它就能讓它自己正確。“與一個擺動的搖擺玩具類似，豹龜?shù)馁|(zhì)心偏移，高曲率的上殼可以自我定位到首選的直立位置，”該團(tuán)隊解釋說。但是與一個搖擺不定的玩具不同，烏龜?shù)南掳氩糠忠苍诜€(wěn)定，所以動物不容易被推倒。使用計算機建模，該團(tuán)隊為其胰島素注射藥物輸送膠囊開發(fā)了一種烏龜形式的變體，以便它在到達(dá)胃時始終定位到正確的位置。“對于SOMA，

麻省理工學(xué)院的第一作者亞力森艾布拉姆森說：“重要的是我們的針頭在注射時會與組織接觸。” “此外，如果一個人要四處走動或者肚子會咆哮，那么該設(shè)備就不會從其首選方向移動。”

SOMA膠囊包含一根針，其尖端由壓縮的凍干胰島素制成。不進(jìn)入胃壁的針桿由可生物降解的材料制成。在膠囊內(nèi)部，針被連接到壓縮彈簧，該壓縮彈簧由糖盤固定就位。椎間盤溶解在胃中，釋放彈簧以觸發(fā)微注射。胃壁沒有疼痛感受器，因此研究人員推測患者不會感覺到注射。

Traverso是布里格姆胃腸病學(xué)的胃腸病學(xué)家，也是麻省理工學(xué)院機械工程系的訪問科學(xué)家。他說，SOMA的開發(fā)由一些“關(guān)鍵”臨床觀察引導(dǎo)，包括藥物在身體內(nèi)分布很快當(dāng)注入胃里。“此外，我們認(rèn)識到胃對尖銳的疼痛不敏感，對小而尖銳的物體非常寬容，”他補充說。

對于他們在豬身上報告的測試，該團(tuán)隊使用含有0.3毫克人胰島素的毫升的SOMA膠囊，但最近研究人員已經(jīng)能夠?qū)⑦f送劑量增加到5毫克，這與患者的胰島素量更相關(guān)患糖尿病可能要注射。當(dāng)制備膠囊時，可以控制注射的胰島素溶解的速率。在報道的體內(nèi)研究中，所有胰島素需要大約一個小時才能到達(dá)動物的血液中。

有趣的是，使用SOMA膠囊在豬身上輸送胰島素(活性藥物成分或API)只有在動物空腹時才能成功。“經(jīng)過測試，SOMA 僅在禁食狀態(tài)下在體內(nèi)起作用，”該團(tuán)隊指出。“當(dāng)用兩種不同的SOMA進(jìn)行測試時，在胃中含有食物和液體的動物沒有顯示出API吸收，但是在空腹測試的三種裝置顯示出成功的API遞送。”

“SOMA提供了一種口服胰島素的方法，并可能用于管理其他原料藥，”科學(xué)家們總結(jié)道，盡管他們也承認(rèn)需要更多的研究來調(diào)查每日胃注射的長期影響。“盡管如此，SOMA代表了一個可以提供廣泛生物藥物的平臺，包括但不限于其他基于蛋白質(zhì)和核酸的療法。”

麻省理工學(xué)院的團(tuán)隊正在與Novo Nordisk合作，為工作提供資金，以進(jìn)一步開發(fā)技術(shù)并優(yōu)化制造過程。“我們的動機是讓患者更容易服用藥物，特別是需要注射的藥物，”Traverso說。“經(jīng)典之作是胰島素，但還有很多其他......雖然需要進(jìn)一步研究，但SOMA代表了一個有可能提供多種藥物的平臺。我們的研究結(jié)果令人鼓舞，并證明了進(jìn)一步評估這種口服胰島素和其他藥物的技術(shù)。“