使用自展开薄片的磁驱动胶囊靶向给药

2025-02-07 Fri
磁驱动胶囊中的自展开片剂用于靶向药物递送背景介绍胃肠道（Gastrointestinal, GI）疾病，如炎症性肠病、胃肠道出血和癌症，是全球范围内的重要健康问题。传统的治疗方法，如内窥镜检查和口服药物，虽然在一定程度上有效，但存在许多局限性。例如，内窥镜检查依赖于操作者的技术水平，且难以在单次检查中覆盖整个胃肠道。口服药物则面临药物在胃肠道中降解和吸收受限的问题。
为了解决这些问题，近年来，胶囊内窥镜和药物递送系统得到了广泛关注。然而，现有的胶囊系统在多个病灶的靶向治疗和主动移动能力上仍然存在不足。为此，Lee等人在2025年发表于《Device》期刊上的研究中，提出了一种新型的磁驱动胶囊系统，该系统能够将治疗片（Therapeutic Sheets, TheraS）递送到胃肠道中的特定病灶，并通过实时成像功能进行精确导航。
研究团队与发表信息该研究由来自韩国大邱庆北科学技术院（Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology, DGIST）机器人及机电工程系的Jihun Lee、Sanghyeon Park、Deockhee Yoon、Chandran Murugan，以及延世大学医学院的Seungmin Bang和DGIST的Sukho Park共同完成。研究于2025年4月18日发表在《Device》期刊上。
研究流程与实验设计1. TheraS的制备与结构
TheraS由三层结构组成：展开层（Unrolling Layer）、保护层（Guard Layer）和治疗层（Therapeutic Layer）。展开层和保护层分别由聚乙二醇二甲基丙烯酸酯（PEGDMA）和三乙二醇二甲基丙烯酸酯（TEGDMA）制成，治疗层则包含磁性纳米颗粒（Magnetic Nanoparticles, MNPs）和抗癌药物多柔比星（Doxorubicin, DOX）。TheraS的制备过程包括UV固化、冷冻干燥和热处理。最终，TheraS被卷成圆柱形状，并装入磁驱动胶囊的四个通道中。
2. 磁驱动胶囊的设计
磁驱动胶囊的设计基于先前开发的6通道微生物采样胶囊，进行了轻微修改以适应TheraS的加载和释放。胶囊由永久磁铁、推动杆、通道和实时摄像头组成。通过外部磁场，胶囊能够在胃肠道中主动移动，并通过推动杆将TheraS释放到目标病灶。
3. TheraS的展开与药物释放
TheraS在与胃肠道液体接触后会自动展开，并紧密贴合在胃肠道表面。交替磁场（Alternating Magnetic Field, AMF）的应用能够提高TheraS的温度，从而促进药物释放和局部热疗。通过实时摄像头，操作者可以监控治疗过程，确保精确的药物递送。
主要结果1. TheraS的展开性能
实验结果表明，TheraS能够在不同pH值的胃肠道环境中有效展开。例如，在小肠（pH 6.8）和胃（pH 2.0）中，TheraS均能完全展开并紧密贴合表面。此外，TheraS与胃肠道的粘附力显著高于传统的明胶片，表明其在实际应用中具有更强的粘附性能。
2. 药物释放与热疗效果
AMF的应用显著增强了TheraS的药物释放效率。实验显示，在AMF的作用下，TheraS在小肠表面释放的药物面积和Dox的释放量均显著增加。此外，TheraS在AMF作用下的温度升高至42°C至59°C，能够有效诱导肿瘤细胞的凋亡和局部热疗。
3. 磁驱动胶囊的操作性能
磁驱动胶囊能够通过外部磁场精确移动到胃肠道中的目标病灶，并成功释放TheraS。实验表明，胶囊在胃肠道中的移动和TheraS的释放过程均能够在实时摄像头的监控下完成，确保了治疗的精确性。
研究的意义与应用价值该研究提出的磁驱动胶囊系统为胃肠道疾病的治疗提供了一种新的微创方案。通过TheraS的精确递送和实时监控，该系统能够有效治疗多个胃肠道病灶，提升了靶向治疗的效率和安全性。未来，该技术的进一步优化和临床验证有望为胃肠道疾病的治疗带来更多突破。
研究亮点多病灶靶向治疗：该胶囊系统能够在一个疗程中治疗多个胃肠道病灶，提高了治疗的效率。
实时监控与精确导航：通过集成摄像头，操作者能够在治疗过程中实时监控药物递送过程，确保精确性。
自展开片剂设计：TheraS能够在胃肠道中自动展开并紧密贴合病灶表面，确保了药物的有效释放和局部热疗。
未来展望尽管该研究在靶向药物递送方面取得了显著进展，但仍有一些方面需要进一步优化。例如，胶囊在胃肠道中的定位技术可以进一步改进，以提高其导航精度。此外，胶囊的生物相容性也需要进一步提升，以确保其在长期使用中的安全性。未来的研究还可以探索将该技术与无线功能相结合，进一步提高其临床应用价值。
结论Lee等人开发的磁驱动胶囊系统为胃肠道疾病的靶向治疗提供了一种创新的解决方案。通过TheraS的精确递送和实时监控，该系统有望成为治疗多种胃肠道疾病的有效工具，具有重要的科学和临床应用价值。