光控微胶囊有望引起强烈的肠道反应

据悉，美国加州理工学院的一项研究项目实现了利用光声引导和红外激活的微马达在肠道内给药。
       与不那么精准的治疗方法相比，拥有将单个药物分子运送到体内需要的精确区域的能力的新的医疗手段能提供相当显著的优势，研究人员正在开发几种可能的方法来应对这一挑战。
       目前来说，在设计合成微/纳米马达方面的技术能够实现在胃或胃肠道内的导航以用于生物医学，但现有的技术还没有能实现有效的运动控制和体内的理想成像。
      近日，汪立宏(Lihong Wang)教授带领的加州理工学院实验室的一个项目展示了极有价值适合的技术平台，在这个平台上利用光声学技术可以将微电机胶囊在肠道内的迁移可视化，并通过近红外光控制这些胶囊的药物释放，这项研究发表在《科学机器人》杂志上。 汪教授表示：“微型机器人的概念真的很酷，因为你可以把微型机器带到你需要它的地方，可能是药物输送，也可能是预先设计好的显微手术。”这种微型机器人是由加州理工大学医学工程系的高伟（Wei Gao）教授共同研发的，专门用于治疗消化道肿瘤。
       每一个微型机器人都由一个个微小的镁球组成，球表面覆盖着一层薄薄的金、藻酸盐和一层由对二甲苯聚合物构成的屏障涂层。在每个微球和它的聚对苯二酚涂层之间的另一层中间夹有一层药物，球体的圆形部分未被覆盖，类似一个舷窗。然后，一组一组的球体通过明胶封装成单个的微胶囊，形成一种适合的目标动物或者人类病人能够吞咽的胶囊。 智能微型机器人系统 在小鼠实验中，使用光声计算机断层扫描(PACT)实时监测胶囊在动物肠道和体内的迁移。在环境背景信号较弱的情况下，金层增强了胶囊的光声信号，而PACT固有的高分辨率和相对较深的穿透性意味着胶囊可以在小鼠的整个肠道成像。一旦进入小鼠胃的正确区域，连续波近红外光照射诱导明胶胶囊坍塌，释放出带有治疗药物的单个微球。同样的光也触发了球体的化学推进，这是通过从金层中产生的少量气体直接穿过结构中有意设计的孔而引起的。 虽然实际的转向控制是不可能的，但通过激活前的PACT精确地知道球体的位置可以提高球体一旦开始主动运动就击中目标区域的机会。当它们这样做的时候，推进力帮助它们粘在水面上，所以当外层溶解时，它们可以开始有效释放载荷的药物。
       该项目发表的论文指出，尽管该平台已经证明它可以在小鼠身上工作，但未来的人类临床转换可能需要通过数十厘米的组织成像。PACT有效成像范围限制在7厘米左右，但可以使用更具有穿透性的激发源成像，例如微波和声学探测这些可能使热声层析成像实现同样的目的。聚焦超声加热可能会增加热触发小机器人释放到人体全身水平的深度。 “我们目前的平台，集成了实时成像和对体内肠道微马达的控制，可能会产生下一代智能微机器人系统，并为精确的显微手术和靶向药物输送提供机会。”汪教授说。

图：奇妙的药物传输