综述：机器人微电机改变口服药物给药方式

《TRENDS IN Biotechnology》：Robotic micromotors transforming oral drug administration

这篇综述聚焦口服药物给药难题。口服虽便捷，但因溶解性差、黏膜屏障影响吸收，导致生物利用度低。文中探讨将机器人技术融入口服制剂的新策略，利用生物和合成微电机（micromotors）加速药丸崩解、突破黏膜屏障，提升生物利用度，为精准医疗带来新契机。

　　

一、口服药物给药现状与挑战

口服药物因使用方便，在医疗领域应用广泛。患者无需专业医护协助，可自行服用，极大提高了用药的便利性和依从性。然而，口服给药面临诸多难题，其中药物溶解性差和黏膜屏障阻碍吸收最为突出。许多药物在胃肠道环境中难以溶解，无法有效释放，限制了药物的吸收和利用。胃肠道黏膜作为人体重要的防御屏障，不仅阻挡病原体入侵，也会阻碍药物进入血液循环，导致药物生物利用度低。这意味着患者需服用更高剂量药物才能达到治疗效果，同时也增加了副作用发生的风险，严重影响了治疗效果和患者生活质量。

二、机器人微电机在口服药物给药中的应用策略

为解决口服给药难题，研究人员将目光投向机器人技术，探索将其融入口服制剂的新策略。机器人药丸系统应运而生，它巧妙借助生物和合成微电机的高效推进能力，开启了口服给药的新篇章。

1. 生物和合成微电机的推进机制生物混合微电机和合成微电机在口服药物给药中发挥着关键作用，它们独特的推进机制为提升药物疗效奠定了基础。合成微电机以人体体液为燃料，通过产生强大的气泡推力实现自我推进。在胃肠道内，微电机与体液发生反应，产生大量微小气泡，这些气泡迅速膨胀和破裂，产生推力推动微电机前行。生物混合微电机则依靠自身的生理活动或与周围环境的相互作用实现无燃料持续自我推进。一些基于微生物的生物混合微电机，能利用自身的鞭毛运动在胃肠道内游动，无需额外能源，且可持续运动较长时间。这种独特的自我推进能力，使微电机能在胃肠道内灵活移动，延长在肠道壁的局部停留时间，为药物吸收创造更有利的条件。
2. 微电机对药物递送的促进作用微电机在口服药物递送过程中展现出多方面的优势。一方面，微电机能加速药丸崩解。在胃肠道蠕动的基础上，微电机的持续运动产生机械力，帮助药丸更快地分散和溶解，使药物更快速地释放出来。另一方面，微电机可有效克服黏膜屏障。它们凭借灵活的运动能力，在胃肠道内穿梭，能够突破黏膜层的阻碍，将药物直接输送到吸收部位，大大提高了药物的吸收效率，进而显著提高药物的生物利用度。研究表明，使用搭载微电机的口服制剂，药物的生物利用度可比传统口服制剂提高数倍，这意味着患者可以用更低的剂量达到相同甚至更好的治疗效果，同时减少了药物副作用的发生。

三、药物装载与释放方式

为充分发挥微电机在口服给药中的优势，药物的装载和释放方式至关重要。目前，主要有两种常见的药物装载方式。

1. 表面装载药物可直接装载在微电机的表面。这种装载方式简单直接，药物能够快速释放。在微电机到达胃肠道特定部位后，表面的药物会迅速与周围环境接触，开始溶解和释放。一些用于治疗胃肠道局部疾病的药物，如胃肠道炎症治疗药物，采用表面装载方式，可使药物在病变部位快速释放，直接作用于病灶，提高治疗效果。
2. 基质嵌入另一种方式是将药物与微电机搅拌器一起嵌入药丸基质中。这种方式能够实现药物的缓慢、持续释放，维持药物在体内的有效浓度。药丸基质就像一个 “储存库”，根据胃肠道的生理环境和微电机的运动情况，逐步释放药物。对于一些需要长期维持血药浓度的药物，如慢性病治疗药物，基质嵌入的方式可以保证药物在较长时间内稳定释放，减少患者服药次数，提高用药依从性。

四、先进生物启发式机器人胶囊的创新应用

除了微电机，先进的生物启发式机器人胶囊为口服药物递送带来了更多创新。

1. 微针与微注射器技术微针和微注射器被巧妙地嵌入口服药丸中，为大分子药物的递送开辟了新途径。大分子药物，如蛋白质、多肽类药物，由于其分子量大、结构复杂，传统口服给药方式难以使其有效通过胃肠道黏膜屏障。微针技术通过在药丸表面设计微小的针状结构，这些微针在药丸到达胃肠道特定部位后，能够穿透黏膜层，将药物直接输送到黏膜下层，大大提高了大分子药物的吸收效率。微注射器则可以精确控制药物的注射剂量和速度，实现更精准的药物递送。在糖尿病治疗中，一些胰岛素微针胶囊的研究显示，通过微针将胰岛素直接输送到黏膜下层，可使胰岛素的吸收速度和效果与皮下注射相当，为糖尿病患者提供了一种更便捷、无痛的给药方式。
2. 微喷射系统微喷射系统也是先进生物启发式机器人胶囊的重要组成部分。它能够将药物以微小液滴的形式喷射到胃肠道的特定部位，增加药物与吸收部位的接触面积，进一步提高药物的吸收效率。微喷射系统可以根据胃肠道不同部位的生理特点和药物需求，精准地控制喷射的角度、速度和剂量，实现个性化的药物递送。对于一些在胃肠道特定部位吸收效果更好的药物，微喷射系统能够将药物准确地输送到该部位，提高药物的生物利用度。

五、未来展望：精准医疗的新机遇

随着科技的不断进步，机器人微电机在口服药物给药领域的应用前景广阔，为精准医疗带来了新的机遇。

1. 多样化微电机的应用未来，将多种具有独特功能的微电机封装在药物载体中，有望实现更精准、高效的治疗。不同的微电机可以针对不同的疾病靶点和治疗需求发挥作用。一些微电机可以携带特定的诊断试剂，在药物递送的同时进行疾病诊断；一些微电机可以根据体内的生理信号，如酸碱度、温度等，智能地调整药物释放速度和剂量，实现个性化治疗。通过组合不同功能的微电机，医生可以根据患者的具体病情和身体状况，定制个性化的口服药物治疗方案，提高治疗效果，减少不良反应。
2. 临床转化与应用推广尽管机器人微电机在口服药物给药领域取得了显著进展，但要实现广泛的临床应用，仍需克服诸多挑战。在安全性方面，需要进一步研究微电机及其载体材料在体内的长期安全性，确保不会对人体造成不良影响。在生产工艺方面，需要开发大规模、低成本的生产技术，以满足临床需求。在监管方面，需要建立完善的法规和标准，规范产品的研发、生产和临床应用。随着这些问题的逐步解决，机器人微电机技术有望在未来成为临床治疗的重要手段，为患者带来更高效、便捷、个性化的治疗方案，推动精准医疗的发展。