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药物递送胶囊可以代替蛋白质药物的注射

近年来,科学家们开发了单克隆抗体——一种模仿人体自身免疫防御的蛋白质——可以对抗多种疾病,包括一些癌症和克罗恩病等自身免疫性疾病。虽然这些药物效果很好,但它们的一个缺点是必须注射。

麻省理工学院的一个工程师团队与布莱根妇女医院和诺和诺德的科学家合作,正在研究一种替代给药策略,该策略可以使患者更容易从单克隆抗体和其他通常必须注射的药物中受益。他们设想患者可以简单地吞下携带药物的胶囊,然后将其直接注射到胃壁中。

“如果我们能让患者更容易服药,那么他们就更有可能服药,医疗保健提供者也更有可能采用已知有效的疗法,”卡尔·范的乔瓦尼·特拉弗索 (Giovanni Traverso) 说。 Tassel 职业发展麻省理工学院机械工程助理教授和布莱根妇女医院的胃肠病学家。

在今天发表在Nature Biotechnology 上的一项研究中,研究人员证明,他们的胶囊不仅可用于在猪体内输送单克隆抗体,还可用于输送其他大蛋白药物,如胰岛素。

Traverso 和 Novo Nordisk 副总裁 Ulrik Rahbek 是该论文的资深作者。前麻省理工学院研究生 Alex Abramson 和 Novo Nordisk 科学家 Morten Revsgaard Frederiksen 和 Andreas Vegge 是主要作者。

瞄准胃

大多数大蛋白药物不能口服给药,因为消化道中的酶在它们被吸收之前分解它们。Traverso 和他的同事一直在研究多种口服此类药物的策略,并且在 2019 年,他们开发了一种胶囊,可用于注射多达 300 微克的胰岛素。

那颗蓝莓大小的药丸有一个高而陡峭的圆顶,灵感来自豹龟。就像乌龟在背部滚动时能够自己站起来一样,胶囊能够调整自己的方向,以便将针头注射到胃的内壁中。在最初的版本中,针尖由压缩胰岛素制成,注射到胃壁后会溶解在组织中。

Nature Biotechnology研究中描述的新药丸保持相同的形状,使胶囊在到达胃后能够正确定位。然而,研究人员重新设计了胶囊内部,使其可用于输送更大量的液体药物——高达 4 毫克。

以液体形式输送药物可以帮助它们更快地到达血液,这对于胰岛素和肾上腺素等用于治疗过敏反应的药物来说是必需的。

Traverso 说,研究人员设计了他们的设备以瞄准胃,而不是消化道的后期部分,因为吞咽后某物到达胃所需的时间因人而异。此外,胃内壁厚而肌肉发达,因此可以在减轻有害副作用的同时注射药物。

新的输送胶囊充满液体,还包含一个注射针和一个有助于将液体推出胶囊的柱塞。针头和柱塞都由固体糖制成的颗粒固定到位。当胶囊进入胃部时,潮湿的环境会导致药丸溶解,将针头推入胃内壁,而柱塞则推动液体通过针头。当胶囊为空时,第二个柱塞将针头拉回胶囊,以便它可以安全地通过消化道排出体外。

显着水平

在对猪的测试中,研究人员表明,他们可以提供一种名为阿达木单抗 (Humira) 的单克隆抗体,其水平与注射达到的水平相似。这种药物用于治疗自身免疫性疾病,如炎症性肠病和类风湿性关节炎。他们还提供了一种称为 GLP-1 受体激动剂的蛋白质药物,用于治疗 2 型糖尿病。

“口服单克隆抗体的递送是我们在药物递送科学领域面临的最大挑战之一,”Traverso 说。“从工程的角度来看,以显着水平提供单克隆抗体的能力确实改变了我们开始考虑管理这些疾病的方式。”

此外,研究人员在几天内给动物服用胶囊,发现每次给药都一致。他们还没有发现注射后胃内壁受损的迹象,注射后胃内膜渗透到组织中约 4.5 毫米。

MIT 团队现在正与 Novo Nordisk 合作进一步开发该系统。

“虽然现在还处于早期阶段,但我们相信这种设备有可能改变一系列治疗领域的治疗方案,”Rahbek 说。“这种方法正在进行的研究和开发意味着,几种目前只能通过肠胃外注射(非口服途径)给药的药物在未来可能会口服给药。我们的目标是尽快使该设备进入临床试验.”

该论文的其他作者包括麻省理工学院的大卫 H. 科赫研究所教授罗伯特·兰格、布赖恩·詹森·梅特·波尔森、布赖恩·穆里森、米克尔·奥利弗·杰斯珀森、里克·凯伊·柯克、杰斯珀·温杜姆、弗朗蒂斯克·胡巴莱克、乔里特·沃特、约翰内斯·费尔斯、斯特凡·冈纳森、亚当·玻尔、 Ellen Marie Straarup、Mikkel Wennemoes Hvitfeld Ley、Xiaoya Lu、Jacob Wainer、Joy Collins、Siddartha Tamang、Keiko Ishida、Alison Hayward、Peter Herskind、Stephen Buckley 和 Niclas Roxhed。

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