“糖丸”或有望代替胰岛素注射?研发灵感来自于乌龟

来源: 生物探索  作者:  符苏  Tue Feb 12 10:32:47 CST 2019 A- A+

These pills were engineered to drive a tiny needle into the stomach lining. ALEX ABRAMSON/MIT

1922年,加拿大多伦多一名14岁男孩首次接受了胰岛素注射治疗,以拯救因糖尿病而危急的生命。同一年,科学家们开始尝试研发口服型胰岛素制剂,希望能够减轻患者每日注射的繁琐。

然而,近百年后,该领域却一直未有成效。

2019年,《Science》期刊最新发表了一篇文章揭示了新进展:来自布里格姆妇女医院、麻省理工学院和诺和诺德的科学家团队研制出一种特殊的“胶囊”——患者摄入体内后,能够在胃内壁上“打一针”,以便运输胰岛素或者其他原本不能口服的生物制剂。

而且让人惊奇的是,这一研发灵感竟来源于乌龟!

DOI: 10.1126/science.aau2277

为什么胰岛素不能口服?

胰岛素不能口服,这主要与胃和肠道复杂的环境有关联。

与传统药物(消化道容易吸收)不同,生物制剂通常是由微生物或者其他活细胞产生的大而笨重的蛋白分子。在美国,销量最好的10款药物中有7款属于生物药。

但是,这类药物容易在肠胃中降解,或者被粘稠的黏液层/肠胃紧密堆积的上皮细胞堵塞,从而无法进入血液中。

近年来,制药公司已成功将几种称为肽的小蛋白质制成胶囊,这些分子易于被小肠吸收。但是,大多数渗透促进剂(permeation enhancers)只允许不到1%的肽进入血液中,也就是说,这些口服制剂只有1%的药物剂量能够发挥作用。

最新Science:特殊的“药丸”

MIT的胃肠病学家、生物工程师Carlo Giovanni Traverso和药物输送专家Robert Langer及其团队研制了一种带有扁平末端的空心药丸SOMA。

这一特殊的口服胶囊,顶部是由冻干胰岛素制成的针头,连着一个由糖片压住的弹簧装置。

当SOMA胶囊进入胃部,在胃酸的刺激下,糖片会溶解,触动微小的弹簧装置,促使胰岛素针刺入胃壁中(不会产生疼痛感),最终确保胰岛素进入血液中,达成递送胰岛素的效果。

这一设计灵感参考自一种乌龟——豹纹陆龟(leopard tortoise)的壳。这一爬行动物生长于非洲,有一个高而陡峭的龟壳,这一结构让乌龟“底盘稳定”,不易被推翻,而且即便意外“底朝天”,乌龟也能够自己翻过身来。

通过精确地计算,研究团队将胰岛素药丸设计成“龟壳”形状,使其能够保持正确的方向,从而避免在错误的方向穿刺。

在动物试验中(大鼠和猪),药丸能够传递的胰岛素水平与皮下注射相同。组织学研究显示,每日探针穿刺并没有持续损伤的迹象。

有意思的是,SOMA胶囊只有在猪空腹时才能发挥运输胰岛素的作用。

“这是一个非常聪明的设计。” 布朗大学生物医学工程师Edith Mathiowitz评价道。不过,她补充说,研究团队需要确保在胃中产生的微小的穿孔不会给患者带来长期的健康隐患。

其他“口服胰岛素”的新进展

哈佛大学的生物医药工程师Samir Mitragotri团队也正在努力改变“生物药口服”的困境。2018年,该团队在《PNAS》期刊上发文揭示了一种可能:将胰岛素包裹在一种特殊的液体中,该液体的粘稠度等同于蜂蜜。

当包裹有胰岛素的液体胶囊在小肠溶解后,粘稠的液体会短暂性地破坏表面细胞的脂质膜,从而允许胰岛素或者其他药物被吸收。

上周,Samir Mitragotri和同事共同创立了一家生物技术公司,计划将该技术商业化。

此外,总部位于耶路撒冷的生物技术公司Oramed Pharmaceuticals正在测试含有特定物质的胰岛素胶囊,这些特定物质可以保护蛋白质免受消化酸和酶的侵害,并促进小肠对药物的吸收。

这些创新型技术可能需要数年时间,才能完成安全性和有效性试验。但是一旦获批上市,将会打破一个“百年空白”,为无数患者带来新的治疗选择。

文章部分内容有删减

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