Science突破技术：神奇胶囊——或能终结胰岛素注射
药物：胰岛素
杂志：Science
亮点：MIT的科学家们开发了一种药物胶囊，有望替代胰岛素注射。
图片来源：Felice Frankel
糖尿病已成为全球最严重的公共卫生问题之一，患者数量超过4亿，每年产生的医疗费用高达7000多亿美元。
对于1型和部分2型糖尿病患者而言，长期每天注射胰岛素是必须的治疗手段，这给他们带来了极大的痛苦。
要是胰岛素能口服该多好？事实上，科学家们自上世纪20年代开始就在进行相关的开发，不过一直没有实质性的进展。
包括胰岛素在内的大分子生物药之所以不能口服，是因为，它们会在胃中被降解，或被厚厚的粘液层和紧密排列在胃和肠道中的上皮细胞阻止进入血液中，从而无法被很好地吸收。也正是因为这样，它们通常不能被制成可口服的药片或胶囊。
尽管在开发口服胰岛素这条路上，科学家们遭遇了很多失败，但仍有团队坚持在这一研究方向进行探索。
图片来源：Science
近日，MIT的Robert Langer教授和胃肠病学家Giovanni Traverso带领的研究小组开发出了一种能够用于递送口服剂量胰岛素的药物胶囊——SOMA。动物实验证实，SOMA能够提供足够的胰岛素来降低血糖水平，其作用与通过皮肤注射胰岛素相当。
研究成果于2月8日发表在Science杂志上[1]。
形象、有趣的SOMA设计原理视频介绍（来源：Diana Saville）
SOMA，英文全称为Self-Orienting Millimeter Scale Applicator，即，可自发定向的毫米级递药装置。
为什么这样命名呢？这与它的设计原理密不可分。
01
巧妙的设计
几年前，Langer教授及其同事开发了一种药丸，这种药丸表面有很多微小的针，可用于将药物注射到胃或小肠内壁中。最新开发的SOMA在前期研究的基础上进行了改造。
SOMA的设计（图片来源：Science；Credit: Ania Hupalowska, Alex Abramson, Muhammad Mahdi Karim）
SOMA与一颗蓝莓差不多大，内含一根小针（见上图）。针的尖端由几乎100%压缩、冻干的胰岛素制成，所涉及的工艺与常规形成药片的过程相同。
小针与一个压缩弹簧相连，后者被由糖制成的圆盘固定在适当的位置。
当胶囊被吞下后，胃中的水会溶解固定压缩弹簧的“糖制圆盘”，使弹簧推动小针，刺入胃壁中。
一旦针尖被注射到胃壁中，胰岛素就能够以一个可控的速度溶解。在这项研究中，大约需要1个小时所有的胰岛素就能完全释放到血液中。
在胶囊制备过程中，研究人员可以控制胰岛素的溶解速度（图片来源：Diana Saville）
为了确保小针能够准确刺入胃壁中，科学家们进行了巧妙的设计，而他们的设计灵感来自一种名为豹纹陆龟（leopard tortoise）的乌龟。豹纹陆龟发现于非洲，拥有又高又陡的龟壳，这种结构使其“仰面朝天”时能够自己“翻过来”。
图片来源：Diana Saville
SOMA拥有与豹纹陆龟的壳与类似的结构，这使得不管这种胶囊以什么样的方式在胃中“着陆”，它都能自行调整方向，使针头对准胃壁。
02
有效、安全、不疼
在大鼠和猪身上，SOMA可以像皮下注射一样，递送相同水平的胰岛素到血液中。具体来说，在猪身上的初步测试显示，这种胶囊可以成功递送多达300微克的胰岛素。而最近，科学家们已经能够将剂量增加到5毫克，相当于1型糖尿病患者需要注射的剂量。
当SOMA释放药物后，它能够无害地通过消化系统。目前的研究表明，这种由可生物降解聚合物和不锈钢制成的胶囊没有副作用。组织学研究显示，每日体内胰岛素针穿刺没有造成持久损伤的迹象。
对于，小针刺在胃壁上会不会疼，科学家们表示，由于胃壁没有疼痛感受器，同时对小而尖的物体耐受很好，因此，患者将无法感觉到注射，不会觉得疼。
SOMA的开发实际上依据了一些非常关键的临床观察，如当药物被注射到胃中时，会非常迅速地在体内分布。（图片来源：Diana Saville）
03
有望替代胰岛素注射
Langer教授说：“我们真的希望这种新型胶囊有一天可以帮助糖尿病患者，以及其他所接受的疗法只能通过注射或输液给药的人。”
Robert Langer教授是药物递送领域的大牛。（图片来源：MIT Maisie O'Brien）
事实上，除了Langer教授团队，糖尿病制药巨头诺和诺德的多位科学家也参与了该研究。据悉，双方将继续合作，进一步开发该技术，优化生产工艺。
他们认为，SOMA这种类型的药物递送技术可能对任何通常需要注射的蛋白质药物都有用，比如用于治疗类风湿性关节炎或炎症性肠病的免疫抑制剂。
未参与这项研究的生物制药学教授Maria José Alonso认为，这一胶囊是一种“全新的技术”，也是迄今为止用于口服肽递送的最具影响力的突破性技术，可能会让许多患者受益。
美国布朗大学的生物医学工程师Edith Mathiowitz也表示，这是一个非常聪明的设计，不过，她强调，研究小组需要确保，即使是在胃里造成微小的穿孔，也不会给患者带来长期的健康问题。
究竟SOMA能否终结胰岛素注射时代，我们期待更进一步的人体试验结果。
相关论文：
[1]Alex Abramson et al. Aningestible self-orienting system for oral delivery of macromolecules. Science(2019).
参考资料：
1# New pill candeliver insulin
2# Pillsarmed with tiny needles could inject insulin, other important meds directlyinto the stomach
3# Tortoise-InspiredInsulin Delivery Takes Its Time
4# “节食减重15 kg”成功逆转2型糖尿病，英国将大规模试行
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