微型馬達治癒小鼠胃潰瘍(圖:Mark Bowler/Nature Picture Library/Getty)

近日,科學家利用微型馬達(micromotors)運送藥物,成功治癒小鼠胃部細菌感染,這在同領域內尚屬首次。

來自加州大學聖地牙哥分校的科學家,使用了大小只有人類頭髮絲那麼細的微型馬達,將藥物運送到小鼠胃部。一連五天,每天用微型馬達給小鼠一定劑量的抗體。治療結束後,研究人員發現,使用微型馬達給藥比普通的給藥方法更有效。

其中的原因在於微型馬達的運作原理上。微型馬達的圓形內核由鎂構成,外面包覆著不同的層,分別提供保護、治療和胃壁黏附功能。吞咽後,鎂核與胃酸反應,產生一串氫氣泡,推動馬達移動,這一過程會降低胃液的酸度。而微型馬達的抗體層對酸度敏感,一旦酸度降低,抗體就被釋放出來。

此外,微型馬達還延長了抗體停留在胃粘膜的時間,那裡是細菌聚集的地方,抗體釋放在此處可增加效用。

消除胃酸干擾

胃液含有胃酸。抗體和其他蛋白類藥物一旦進入胃酸,還沒來得及發揮功能,就會被降解。因此,治療胃部細菌感染如潰瘍時,通常會同時攝取質子泵抑製劑(proton pump inhibitors),用於抑制胃酸產生,避免藥物被破壞。

然而,長期服用質子泵抑製劑可能會產生負面的副作用,例如頭痛、腹瀉、疲勞,甚至焦慮或憂鬱症。

如何保證藥物不被胃酸破壞,同時盡量減輕副作用,這是研究人員關心的問題。

在這項研究中,醫用微型馬達在運送抗體的同時,還給藥物穿上了保護衣,既能保證藥物發揮藥效,也不會引起身體不適反應。

給葯 24 小時後,小鼠體內胃酸水平恢復正常。微型馬達大部分都是生物可降解材料,可以被胃酸溶解,沒有任何有害殘留。

同行評價

馬克斯普朗克研究所智能系統的 Samuel Sanchez 稱,這項研究推進了微型馬達的研究,展示了微型馬達對傳統給藥方法的優勢。

賓夕法尼亞州立大學的 Thomas Mallouk 也認為這項研究成效良好,令人印象深刻。這是一個相對新穎的領域,但它的影響將是巨大的。

研究的領導者 Wang 表示,下一步將用更大的動物做實驗,最終進行臨床實驗。雖然還有很長的路要走,但前景無限。

潛在應用

微型馬達在多個領域內都可能有巨大的應用。例如,不久之前,研究人員稱,利用微型馬達,藥物通過血腦屏障的穿透率提高了 4 倍。這將有助於帕金森病或阿爾茲海默症的治療。

此外,微型馬達還可能用於中和生化武器,如沙林毒氣。通常,人們需要大型機器來混合中和物質,使毒氣失效——這在戰場上顯然不實用。Wang 估計,大約 150 萬個微型馬達——體積僅為 15 毫升——就可以發揮一台大型機械混合器的作用,而且便於士兵攜帶。

 

資料來源:

  1. de Ávila B E F, Angsantikul P, Li J, et al. Micromotor-enabled active drug delivery for in vivo treatment of stomach infection[J]. NATURE, 2017, 8(272): 1.
  2. New Scientist, Tiny robots crawl through mouse’s stomach to heal ulcers, 16 August 2017.
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