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生命科学,有意思!

你可知道为什么大部分药都是每日服2-3次?因为人体的肠道在12-24小时左右会自动清理一次肠道。而口服药物一般在吸收效果最好的胃肠道上半部分停留约2-6个小时。

这样算来,为了保持药物的有效性,患者每天可不得口服2-3次药物。当然,那些几天甚至一周才排便一次的人可能要说,「看来我生病了可以几天服一次药了。」小编只想说,「朋友你该去看医生了。」

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对于清理肠道周期比较规律的慢病患者而言,每天多次服药对他们是个很大的折磨,很多人都很难做到按时服药。据统计,在美国有50%左右的患者不会遵医嘱服药。这直接导致美国健康系统每年要因为这部分患者的健康问题损失1000多亿美元(1)。这一现象在发展中国家和那些比较落后的国家情况就更严重了。据HealthPrize Technologies在2016年的最新统计数据(2),目前全球因药物依从性问题带来的损失已经高达6370亿美元。这一数字还在逐年增加。

实际上,药物的依从性问题应该是从药物诞生那一刻就出现了,现在只是越来越凸显了。到目前为止,还没有一款口服药物可以起效超过24小时。也就是说,目前最省事儿的口服药,也得一天一粒。

2012年,比尔盖茨在波士顿与一帮科学家商讨究竟如何才能在技术上实现一次服药管几天。麻省理工著名教授Robert Langer便将Giovanni Traverso介绍给了Gates。Traverso曾在Langer实验室从事长期给药系统的研究,目前他也是MIT的一名研究助理。在跟盖茨基金接触之后,Traverso的研究目标很快明确下来:设计一个服药一次可以管一个疗程的给药方法。

Robert Langer
Robert Langer

经过Langer和Traverso团队的不懈努力,这个全新的给药系统终于出现了。11月16日,他们的研究成果刊登在《科学转化医学》(3)上,他们发明的给药体系给药时间可以持续2周。本次研究的领导者是Andrew M. Bellinger,也是Langer实验室的研究人员。

这个研究最具挑战性的地方在于,如何让药物长时间停留在体内,且能经受胃部恶劣环境的考验,并能缓慢释放药物,最后残渣还得排出体外。

 

星形结构给药系统:左图,装入胶囊后的形状;右图,展开时的形状
星形结构给药系统:左图,装入胶囊后的形状;右图,展开时的形状

根据这些要求,研究团队首先设计了一个有六个臂的星形结构。这个星形结构可以向内折叠,并装入一个光滑的胶囊中。药物分子则装载到由聚己内酯制成的刚性聚合物臂中。每个臂通过一个可降解的接头连接到橡胶样核心上。

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折叠过程

患者在吞下胶囊之后,由聚己内酯制成胶囊会被胃中的酸溶解,星形结构收缩到一起的六个臂自动展开。一旦星形结构完全展开,它就难以进入肠道。然而,它又没有大到完全阻断食物向肠道流动,因此不会引起消化道阻塞。

在胃里展开的过程
在胃里展开的过程

为了试验这个星形给药系统能否在体内正常工作,研究人员选取猪作为实验对象,因为猪的消化道结构跟人类很类似。由于研究得到盖茨基金的大力支持,所以研究团队实验中使用的药物为,抗疟疾的伊维菌素(Ivermectin)。

研究人员发现,星形给药系统可以缓慢释放药物,并使猪体内药物保持在有效范围内长达10天以上,在服药14天之后,体内的给药系统基本全部排出体外。

药物释放完之后,被降解从肠道排出
药物释放完之后,被降解从肠道排出

「直到现在,没有任何一个口服给药系统可以做到,一次服药保持一整天的疗效,」Langer说。「这个给药系统真正打开了超长时间给药体系的大门,对很多慢性病(阿尔兹海默氏病、高血压、糖尿病、艾滋病、肺结核等)的治疗将会产生很大的影响。」

左图为在消化系统内「一日游」的常规口服药物,右图为星形给药系统
左图为在消化系统内「一日游」的常规口服药物,右图为星形给药系统

当然,这个给药系统也有它自身的限制,由于体积的限制,在目前的研究阶段,星形给药系统只能满足每日对药物的需求在50毫克以内的患者。

目前这个技术已经由MIT和共同研发单位Brigham and Women医院授权给初创公司Lyndra。Lyndra由Langer、Traverso和Bellinger等创办于2015年,由Bellinger出任首席科学家。他们创办Lyndra的初衷就是要解决长效给药的问题。

目前Lyndra还需要做更多的动物研究。虽然猪的肠道结构跟人体类似,但是猪的肠道运动较人类缓慢,而且由于猪是四脚着地,胃肠承受的压力也较人体小。据STAT报道,Lyndra计划在2017年将这个给药系统推向人体临床研究。

参考资料:

【1】Osterberg  L, Blaschke  T. 2005. Adherence to Medication. New England Journal of Medicine 353:487-97

【2】https://ss-usa.s3.amazonaws.com/c/308452206/media/5829ee776ef7c/Revenue-Loss-Due-to-Nonadherence-2016.pdf

【3】Bellinger AM, Jafari M, Grant TM, Zhang S, Slater HC, et al. 2016. Oral, ultra-long-lasting drug delivery: Application toward malaria elimination goals. Science Translational Medicine 8:365ra157-365ra157

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