受到章鱼利用水流在海洋中推进的启发，一个团队开发了一种可吞服的胶囊，能够将药物直接释放到胃壁或消化道的其他器官内。
受到章鱼利用水流移动和释放墨水的方式启发，麻省理工学院和诺和诺德的一组研究人员创造了一种可吞服的胶囊，将药物直接输送到胃壁或消化系统中各个器官。
这种创新的胶囊可能为那些通常需要注射的药物提供了一种新方法，如胰岛素和大型蛋白质，如抗体。这种无针的方式也可能用于输送RNA，无论是作为疫苗的一部分，还是作为治疗糖尿病、肥胖症及其他代谢疾病的治疗剂。
“我们面临的一个持续挑战是创建能够口服输送通常需要注射的宏分子的系统。这一成就是这一旅程中的重要一步，”领导转化工程实验室的乔瓦尼·特拉维索（Giovanni Traverso）解释道，他是麻省理工学院的机械工程副教授，布里格姆妇女医院的胃肠病学家，以及这项研究的资深作者。
特拉维索和他的麻省理工学院学生与布里格姆妇女医院的研究人员和诺和诺德合作开发了这个新胶囊。Graham Arrick SM ’20和诺和诺德的科学家Drago Sticker与Aghiad Ghazal是今天在《自然》(Nature)上发表的一篇论文的主要作者。
受头足类动物启发
由大蛋白质或RNA组成的药物通常不适合口服摄入，因为它们在消化系统中容易被降解。多年来，特拉维索的实验室一直在研究通过将药物包裹在小装置中以保护它们不被分解的方法，然后将其直接注射到消化道的壁上，进行口服输送。
目前大多数现有的胶囊在进入消化系统后利用小针头或微针来给药。然而，在当前的研究中，特拉维索和他的团队旨在找到无针引入这些分子的方法，从而减少对组织造成损伤的风险。
为了实现这一概念，他们借鉴了头足类动物的灵感。章鱼和鱿鱼可以通过填充水体并通过喷射管强力排出水来移动。通过调整排水的力度和喷射管的方向，这些动物能够控制自己的移动和速度。喷射器官也能释放墨水喷射，来分散潜在捕食者的注意力。
研究人员设计了两种模仿这种喷射效果的方法，利用压缩二氧化碳或紧绕的弹簧来产生将液体药物从胶囊中喷出的必要力量。气体或弹簧由一个碳水化合物触发器保持压缩，这个触发器设计为在与水分或酸性环境（如胃）接触时溶解。一旦触发器溶解，气体或弹簧膨胀，将药物喷射出胶囊。
通过一系列使用消化道组织的实验，研究人员确定了将药物强行排出足够穿透粘膜下层所需的压力，从而形成一个储藏库，将药物释放到周围组织中。
“除了去除尖锐物体，高速喷射也具有不那么敏感于定位的优势。与需要与组织直接接触的小针头不同，我们的实验表明，喷射可以在一定距离或稍微倾斜的角度下释放大部分剂量，”Arrick表示。
此外，团队设计了胶囊以针对消化道的不同部位。其中一种型号特点是平坦的底座和高圆顶，能够平放在胃壁上，并旨在将药物向下喷射到组织中。这种型号的大小大约是蓝莓大小，可以容纳80微升的药物。
第二种型号则是管状设计，使其能够在食道或小肠等延长的器官内对齐。在这种设置中，药物向侧壁喷射而不是向下排出，这种变体能够输送200微升的药物。
这些胶囊由金属和塑料制成，设计为穿越消化系统，并在释放药物内容物后被排出。
无针给药
在动物实验中，研究人员展示了能够利用这些胶囊输送胰岛素、GLP-1受体激动剂（如糖尿病药物Ozempic）和称为短干扰RNA（siRNA）的一种RNA。该RNA变体可以沉默基因，使其有可能用于治疗各种遗传疾病。
他们发现动物血液中的药物水平与传统注射器注射所达到的水平相当。
团队设想，这种可吞服胶囊可能成为需要定期胰岛素或其他可注射药物患者的便捷选择。这不仅简化了药物的给药过程，尤其是对于那些害怕针头的人来说，而且还消除了处理尖锐针头的必要性。他们还设计并测试了一种连接内窥镜的设备变体，允许在内窥镜检查或手术中将药物给付患者。
在药物释放过程中未观察到组织损伤，研究人员打算进一步完善这些胶囊，并希望未来进行人体试验。
