粘液在保護(hù)身體免受傷害、防止?jié)撛谖ｋU(xiǎn)物質(zhì)進(jìn)入胃腸系統(tǒng)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。但這也使得口服某些藥物，包括胰島素是幾乎不可能的。這意味著糖尿病患者必須定期注射胰島素，當(dāng)然這會(huì)有些不方便，可能會(huì)導(dǎo)致糖尿病患者錯(cuò)過準(zhǔn)確服藥時(shí)間。

麻省理工學(xué)院的研究人員想找到一種解決這個(gè)問題的方法，于是他們發(fā)明了一種機(jī)器人藥丸，叫做RoboCap，它可以像鉆頭一樣穿過黏液保護(hù)胃腸道。在《科學(xué)機(jī)器人學(xué)》上發(fā)表的一項(xiàng)研究中，他們在豬身上測試了這項(xiàng)發(fā)明，發(fā)現(xiàn)它能有效地讓豬的身體吸收藥物，包括胰島素和靜脈注射抗生素。雖然這項(xiàng)研究是初步的，但總有一天，它會(huì)使許多疾病的治療變得更容易、更方便。

麻省理工學(xué)院科赫綜合癌癥研究所博士后研究員、哈佛大學(xué)研究員協(xié)會(huì)（Society of Fellows at Harvard University）初級研究員Shriya Srinivasan表示：“我們看到的結(jié)果可以應(yīng)用于任何藥物。”Srinivasan是《科學(xué)機(jī)器人》論文的主要作者。

RoboCap的工作原理

RoboCap有幾個(gè)部分可以讓它到達(dá)正確的位置并穿透粘液。整個(gè)藥丸都涂有一層凝膠狀物質(zhì)，能夠?qū)H值作出反應(yīng)，只有在到達(dá)小腸后，才容易吞咽和激活。一旦到達(dá)那里，涂層溶解，即關(guān)閉藥丸的電路并觸發(fā)其機(jī)械部件。藥丸的一側(cè)是一個(gè)附在內(nèi)部馬達(dá)上的重物，當(dāng)馬達(dá)啟動(dòng)時(shí)，它會(huì)使藥丸開始振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)。RoboCap會(huì)穿過小腸內(nèi)的粘液，最終將藥物沉積在藥丸的另一側(cè)。

為了有效地鉆過粘液，藥丸使用了表面特征，如受魚雷鰭啟發(fā)的螺旋渦輪鰭和螺旋槽。它還涂有小釘，以幫助“刷”掉粘液，類似于牙刷的工作原理。Srinivasan說，她還受到了一段叫做“鼴鼠”的隧道掘進(jìn)機(jī)的在線視頻的啟發(fā)，這種機(jī)器可以穿過巖石和泥土，鉆出狹窄的通道。

研究人員用兩種不同的藥物測試了他們的發(fā)明：胰島素和萬古霉素，這是一種IV抗生素。他們在豬小腸的切除部分上測試了這種方法。這使他們能夠測量在粘膜層上方注射的藥物有多少到達(dá)了另一側(cè)。研究人員還在活豬身上測試了RoboCap，在這兩種情況下都將RoboCaps與沒有鉆孔機(jī)制的藥物或?qū)φ账庍M(jìn)行了比較。

Srinivasan說：“當(dāng)我們將對照組與RoboCap進(jìn)行比較時(shí)，實(shí)際到達(dá)血流的藥物量增加了20-40倍。”

潛在應(yīng)用

在完成藥物遞送后，RoboCap通過消化系統(tǒng)自行離開身體。研究人員沒有發(fā)現(xiàn)任何證據(jù)表明，避孕藥對豬的胃腸道系統(tǒng)造成任何損害，頻繁的粘液分泌意味著鉆孔動(dòng)作對感染風(fēng)險(xiǎn)或身體保護(hù)自身的能力沒有持久影響。

Srinivasan說，這項(xiàng)研究和技術(shù)都有局限性。目前尚不清楚一旦RoboCap離開身體，如何處置它。這項(xiàng)研究也沒有檢查藥物的劑量，或藥物如何被裝入藥丸內(nèi)。該研究還僅比較了口服藥物的釋放情況；例如，它沒有像正常情況那樣，比較RoboCap與胰島素注射時(shí)，有多少胰島素進(jìn)入血液。很明顯，這項(xiàng)發(fā)明還遠(yuǎn)未可用于人類；它必須經(jīng)過廣泛的開發(fā)，才能大規(guī)模生產(chǎn)，并需要經(jīng)過臨床試驗(yàn)過程。

使用這樣的機(jī)械方法比使用化學(xué)方法來完成藥物的口服遞送的方法具有許多優(yōu)點(diǎn)，其中指示了藥物的攝取路徑。但僅僅因?yàn)檫@種方法可以用于多種藥物并不意味著它一定實(shí)用。圣母大學(xué)化學(xué)和生物分子工程系教授Matthew Webber說：“我認(rèn)為，目前對胰島素定價(jià)的一些政治和社會(huì)壓力可能會(huì)導(dǎo)致這種特殊的交付方式有點(diǎn)過于昂貴。”

Webber確實(shí)認(rèn)為這種方法對其他藥物有潛在的用處，比如癌癥的抗體治療，這種通常需要在醫(yī)院里靜脈注射。不管是否有可能口服給藥，Webber仍舊表示這是一個(gè)創(chuàng)新的想法。

“這方面的科學(xué)是超級酷的，”他說，“我認(rèn)為有很多……非常復(fù)雜和詳細(xì)的工程，可以用來制造這樣的東西。”