控制药物在病人体内的移动,可以使医生准确地将药物运送到恰当的位置,例如,结肠中的肿瘤处。
布朗大学的研究人员们展示了一种可以安全操控的可控药片,观察它通过胃肠道。
除了在病人血液中寻找痕迹,医生们很难断定一种药物是否正确送达。“你可以拍摄X光片(标记的药片),但你永远无法真正知道该药物是在什么时候被释放的,”伊迪丝·马斯欧维茨(Edith Mathiowitz)说,她是布朗大学医学科学和工程学的副教授,也是这个项目的主要研究员。着眼于创建更好的药物运送技术,马斯欧维茨起初建造了一套磁跟踪系统,以观察药片在体内运行情况。但是,研究人员们很快意识到,他们同样可以控制药片。
“我们开发的技术可能对改善药物的生物利用度极为有利,甚至缩窄治疗窗口,”马斯欧维茨说,她指的是那些只在胃肠道特定区域被吸收的药物。“你可以在两个方面利用它:一个是一种胃留成系统(以确保病人得到所需的剂量),另一个是对胃肠道特定区域的定位—— 那些很难到达的区域。”
在实验中,马斯欧维茨的团队使药片穿行于大鼠的胃和肠。他们开发了一个系统,在药片中的一毫米长磁铁和一块大型外部磁铁之间,测量并控制磁力以控制药片的运动。该系统自动移动外部磁铁,接近或远离药片内的磁铁,以维持操纵药片的最低限度控制力,并避免伤害到动物的肠和胃。
其他研究小组曾经演示过,胶囊可以在体内被磁力操纵,但他们并没有将重点放在作用力最小化这一点上,布莱恩·劳里希特(Bryan Laulicht)解释说,他是描述这项工作的研究论文的第一作者,论文发表在近日的《美国科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)网络版上。“普遍的想法是使用尽可能多的磁力,”他说。“我们真正的贡献是强调安全。”
布朗大学开发的药片与泰诺(Tylenol)胶囊大小和形状大致相同,含有一个磁铁和一个存放药物和微铁粒的水池,可以在X光下被观察到。
在动物实验中,控制磁铁被置放在大鼠的身边,连有一个衡量两块磁铁之间磁力的装置——一个小悬臂,可以响应磁力而弯曲,敏感度足以感受仅仅0.01克的力量。悬臂梁的变化数据每秒钟被传送到计算机10次,控制磁铁则自动移动,做出响应。研究小组推断出发生在消化期间计算正常压力的最小磁力,并能在大鼠小肠中使磁药片保存12小时。研究小组使用了X光机,跟踪大鼠体内的药片。
“我认为,这是一个很好的方法,来实现一个更可控的药物输送系统,” 弗兰克·沃尔克(Frank Volke)说,他是德国ankt Ingbert市夫琅禾费生物医学工程研究所(Fraunhofer Institute for Biomedical Engineering)一个研究小组的领头人,他们正在开发类似的技术。沃尔克的研究小组创建了一个带有相机的药片,可以被磁力操控,他的团队也希望研发药物输送系统。其它控制药片运动的实验方法还包括:使用微型机器人的脚,和使用体内自组装模块。
缓慢释放药片已经存在了一段时间了,它是用外面包裹一种化学物质涂层来控制药物释放速率,但是,一种搅动药片的方法“将增加这类药物更多的灵活性,”梅萨姆·苟弯露(Maysam Ghovanloo)说,他是乔治亚理工学院的助理教授,正在开发一种用来监视服药的智能药片。他建议,监测磁场,而不是使用X射线,最终可能会更安全地观察药片位置。劳里希特说,他们计划,最终过渡到一种磁跟踪系统。
布朗大学的外科医生和副教授摩西·戈达德(Moses Goddard)没有参与这项工作,他认为,这是“一项改善磁诱导技术工具的耐人寻味的改进。”虽然,现在还没有FDA批准的磁诱导技术在药物上的应用,戈达德说,这种做法可能有助于治疗从糖尿病到克罗恩病(Crohn's)的广泛疾病。磁学研究将会“给我们一个更好的操作手段,如何更安全有效地使用并操作磁力,以指导药物进入我们希望它们到达的肠道区域,并在一段可控的时间内保持在那里,”戈达德说。“这将对搞清楚如何引导比较大的药片到达期望的特定区域非常有帮助。”
卡耐基梅隆大学工程学副教授麦庭·斯提(Metin Sitti)正在研究机器人药片,他说,该项研究“对于不受限制的磁胶囊医疗应用来说,非常有前景。”
在这种技术安全地在人体使用之前还有一段时间。更何况,饮食和外部环境将需要被严格控制,以确保没有意外的磁力发挥作用。但劳里希特认为,该系统可以识别是否存在另一个磁体,改变作用到药片上的力量,甚至对抗那种力量。“最终,我确实认为,这将会在门诊部使用,”他说。
劳里希特说,如果该设备最终被采纳,并被批准在人体使用,它可能只会当其他疗法都失败了时用于极端病例,如胃肠道肿瘤或炎症性肠道疾病。该小组的下一步是尝试在真正的药片上使用它,并在更大型的动物身上测试。
磁控胶囊药片:指哪打哪
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