通缉：为冒险之旅寻找生物材料。乔瓦尼·特拉韦尔索（Giovanni Traverso）与罗伯特·兰格（Robert Langer）解释胃肠方面研究的前沿知识。
乔瓦尼·特拉韦尔索（左），麻省总医院和哈佛大学医学院胃肠病学家和生物医学工程师；罗伯特·兰格（右），麻省理工学院科赫综合癌症研究所化学工程师
“如果人们不服药，药物就不会起效。”昔日的美国医务总监C.埃弗里特·库普（C.Everett Koop）这句精辟的分析道出了生物材料技术对医疗卫生事业做出的巨大贡献。
病人没能遵循医嘱定时服药，这是临床治疗起效的最主要阻碍。在发达国家，长期治疗的坚持比率仅有50%，而在发展中国家和需要服用多种药物的人群中，这个数字更加低。据估计，每年美国因为服药遵从性不佳而导致的可避免住院花费高达1 000多亿美元。因而，那些使得药物在消化系统中的释放时间得以延长（最多可延长至数个月）的技术能彻底改善医疗的给药环节。这项技术也许对以下病患特别有用：遭受战乱地区、难以获得医学治疗的地区的病人，罹患精神病或痴呆症的病人，以及患病的幼儿。
有充分的理由来预想，消化道有可能容纳长效药物（也被称为长效注射配方），为期数周或甚至数月之久，而不会出现严重的不良反应。比如说，对于患有粪石症的病人进行观察后便能知道这一点。粪石是卡在消化系统内难以消化的大块异物，在它们变得相当大之前，通常都不会造成问题。为了寻求减肥，病人通常也能容忍放置胃内数月之久的气球。
潜在的挑战
但是，要把这种可能转变成现实的话，挑战巨大。首先，一般来说，健康的消化道运送时间（从口至肛门）是大约30小时。药物要达到一周或一月服药剂量的话，运送时间必须大大延长。此外，消化系统环境变化无常：不同部分的酸碱度从1（酸性十足）到7（中性）变化不一。用餐时间与进餐食物的天然变化导致脂类丰盈度频繁变化。并且消化系统内有着高菌量，100%的湿度，37°C的温度，多种多样的蛋白酶、脂酶和其他酶，而这些都会破坏生物材料的完整性和药物的长期稳定性。因此，一定要延长运送时间的话，反过来要求研发出经受得起极端情况的材料，这种材料要能连续不断地给药，安全系数上又绝不能打折扣。
延长运送时间在工程上有两种基本办法。第一种是用装置提高药物在消化道黏膜壁里的摩擦力，减慢药物通过消化系统的过程。另一种办法是把药物装进较大的装置里，延长药物在消化道内的停留时间，消化道内有若干个点限制了大于某个尺寸的物体的通行：胃出口的幽门括约肌、肛门括约肌。要成功地研发出这样的技术，同样至关重要的是确保药物经受严酷的消化系统环境的方法。
使用包括生物黏着剂和溶胀聚合物在内的多种材料，研究者已经取得了长足的进展。但是至今为止，这些装置所能提供的药物释放时间延长仅仅是几个小时。未来将会需要多学科进行努力，才能让可以在消化系统内安全地停留数周或数月的装置成为现实，这种装置能持续不但地给药，而且给药期间的药代动力学情况能够预知。
一个重要的问题是安全性。任何意图在胃部环境里工作的给药装置都要求拥有特殊的机制，万一出现意外通过幽门的情况，或者药物引起了不良反应，装置要能自动地解体。这样的设计要求掌握生理学、聚合物化学、化学工程学、机械工程学方面的专业知识，也要拥有设计能力，设计出的装置要在大型动物模型里接受测试。
延长的释药时间
可以说，临床上的应用十分广泛。治疗传染性疾病时，病人不定时服药是格外受到关切的隐患，它会加剧传染因子的散播以及多重耐药性的比率。其他潜在的应用领域包括运送抗体、DNA和RNA的消化道缓释装置，目前只能通过注射来给药。类似的技术也能够长期递送某些化学物质，用来刺激或抑制消化系统内特定细菌种群的增殖；当我们对于微生物在人类疾病中起的作用有更多了解后，这类药剂大有可能受到极大关注。
我们向药物传递和医疗器械研究圈发起挑战，号召大家在工程学和生物材料方面齐心合力，研发出可口服的新型药物缓释装置，以这种新颖的方法来解决不定时服药这个普遍又代价高昂的难题。为了达成这个目标，这种能在消化道内长久停留、安全可靠的给药装置将要必须在大型动物模型上接受论证，以便将技术转用到人类身上时达到最高的成功几率。这种缓释装置能在消化道环境下保持原本的性质，一旦释放出全部药量，又会毫无阻碍地通过消化系统，它可能会彻底变革当前的临床医疗典型做法，可在多种不同的临床条件下，将有效的疗法广泛地运用，治疗各种各样的疾病。
资料来源 Nature
责任编辑 彦 隐