口服大蛋白药物如此困难的一个原因是，这些药物无法通过消化道的粘液屏障。这意味着胰岛素和大多数其他“生物药物”(由蛋白质或核酸组成的药物)必须在医院注射或给药。

麻省理工学院开发的一种新型药物胶囊可能有一天能够取代这些注射剂。胶囊有一个机器人帽，当它到达小肠时，它会旋转并穿过粘液屏障，允许胶囊携带的药物进入肠道内壁的细胞。

“通过置换粘液，我们可以最大限度地分散药物在局部区域，并增强小分子和大分子的吸收，”麻省理工学院机械工程Karl van Tassel职业发展助理教授，布莱根妇女医院胃肠病学家Giovanni Traverso说。

在《科学机器人》杂志上发表的一项研究中，研究人员证明他们可以使用这种方法来输送胰岛素和万古霉素。这种抗生素肽目前必须注射。

Shriya Srinivasan是麻省理工学院科赫综合癌症研究所的研究附属机构，也是哈佛大学研究员协会的初级研究员，是该研究的主要作者。

隧道穿越

Traverso的实验室多年来一直在开发口服胰岛素等蛋白质药物的策略。这是一项艰巨的任务，因为蛋白质药物倾向于在消化道的酸性环境中分解，并且它们也难以穿透肠道内的粘液屏障。

为了克服这些障碍，Srinivasan提出了创建一个保护胶囊的想法，其中包括一个可以穿透粘液的机制，就像隧道掘进机钻入土壤和岩石一样。

“我认为，如果我们能穿过粘液，那么我们就可以直接将药物沉积在上皮上，”她说。“这个想法是，你会摄入这个胶囊，外层会溶解在消化道中，暴露所有这些开始搅动粘液并清除它的特征。

“RoboCap”胶囊的大小与多种维生素差不多，其药物有效载荷在一端的小型储液库中携带，其主体和表面具有隧道特征。胶囊涂有明胶，可以调整为在特定pH下溶解。

当涂层溶解时，pH值的变化会触发RoboCap胶囊内的微小电机开始旋转。这种运动有助于胶囊隧道进入粘液并移位。胶囊还涂有小螺柱，可以刷掉粘液，类似于牙刷的动作。

旋转运动还有助于侵蚀携带药物的隔室，该隔室逐渐释放到消化道中。

“RoboCap的作用是暂时置换最初的粘液屏障，然后通过最大化药物的局部分散来增强吸收，”Traverso说。“通过结合所有这些元素，我们确实最大限度地提高了为药物吸收提供最佳情况的能力。

增强交付

在动物测试中，研究人员使用这种胶囊来输送胰岛素或万古霉素。这种大肽抗生素用于治疗广泛的感染，包括皮肤感染以及影响骨科植入物的感染。使用胶囊，研究人员发现，他们可以提供比没有隧道机制的类似胶囊多20到40倍的药物。

一旦药物从胶囊中释放出来，胶囊本身就会自行通过消化道。研究人员发现胶囊通过后消化道没有炎症或刺激的迹象，他们还观察到粘液层在被胶囊移位后的几个小时内发生了变化。

一些研究人员用来增强药物口服递送的另一种方法是将它们与帮助它们穿过肠道组织的其他药物一起给予。然而，这些增强剂通常只适用于某些药物。由于麻省理工学院团队的新方法完全依赖于粘液屏障的机械破坏，因此它有可能应用于更广泛的药物，Traverso说。

“一些化学增强剂优先与某些药物分子一起工作，”他说。“使用机械给药方法可以使更多的药物具有增强的吸收。

虽然本研究中使用的胶囊在小肠中释放其有效载荷，但它也可用于通过改变明胶涂层溶解的pH值来靶向胃或结肠。研究人员还计划探索递送其他蛋白质药物的可能性，例如有时用于治疗1型糖尿病的GLP2受体激动剂。胶囊还可用于递送局部药物，通过最大化组织中药物的局部浓度来帮助治疗炎症，以治疗溃疡性结肠炎和其他炎症状况。