Science子刊：重大進展！開發出胃腸道合成上皮涂層，可用于遞送藥物、協助消化或阻止營養物吸收
發布日期：2020-09-10 閱讀次數：537 來源：中國大健康產業網
摘要：
在一項新的研究中，來自美國麻省理工學院的的研究人員利用在消化道中發現的酶，設計出一種在小腸內壁上涂抹一種臨時的合成涂層（synthetic coating）的方法。這種涂層可以經改造后遞送藥物、協助消化或者阻止葡萄糖等營養物吸收。相關研究結果發表在2020年8月26日的Science Translational Medicine期刊上，論文標題為“Gastrointestinal synthetic epithelial linings”。
豬的腸組織。左邊未涂抹胃腸道合成上皮涂層，右邊涂抹胃腸道合成上皮涂層，圖片來自Junwei Li。
在這項在豬身上進行的研究中，這些研究人員證明他們可以使用這種方法來簡化通常必須每天多次服用的藥物的遞送。他們還對這種涂層進行了修飾，以遞送幫助人們消化牛奶乳糖的酶，并阻止葡萄糖的吸收，這可能為治療糖尿病 或肥胖提供一種新的策略。
論文通訊作者、麻省理工學院機械工程助理教授和布萊根婦女醫院胃腸病專家Giovanni Traverso說，“這三種應用相當不同，但它們提供了使用這種方法可以完成的事情的廣度。”
這種涂層由一種利用多巴胺分子制成的聚合物組成。多巴胺分子可以以溶液的形式被攝入體內。一旦這種溶液到達小腸，這些多巴胺分子就會在小腸中發現的一種酶的催化下，組裝成一種聚合物。
粘性聚合物
這些研究人員開始研究這個項目的目的是試圖開發液體藥物配方，以提供一種更容易吞咽的膠囊替代品，特別是對兒童而言。他們的想法是為腸道內壁構建一種聚合物涂層，這種涂層是在單體---聚合物的構成單元（building block），這里指的是多巴胺---的溶液被吞下后形成的。
Traverso說，“兒童通常無法服用膠囊和片劑等固體劑型。我們開始思考是否可以開發出可形成合成上皮涂層的液體制劑，這種涂層可用于藥物遞送，這就使得患者更容易接受藥物。”
他們從自然界中獲得靈感，開始試驗一種名為聚多巴胺（polydopamine, PDA）的聚合物，它是蚌類分泌的以幫助它們粘附在巖石上的粘性物質的一種成分。PDA是由多巴胺單體制成的，多巴胺也是大腦中的一種神經遞質。
這些研究人員發現，一種名為過氧化氫酶（catalase）的酶可以幫助將多巴胺分子組裝到PDA聚合物中。過氧化氫酶在整個消化道中都能找到，尤其是在小腸的上部區域含量更高。
在豬身上進行的研究中，這些研究人員發現如果他們在液體溶液中遞送多巴胺，以及極少量的過氧化氫（在公認安全的水平上），小腸中的過氧化氫酶會將過氧化氫分解成水和氧氣。氧氣幫助多巴胺分子結合成PDA聚合物。在幾分鐘內，就會形成一層薄薄的PDA薄膜，覆蓋在小腸內壁上。
論文第一作者、麻省理工學院科赫綜合癌癥研究所博士后研究員Junwei Li說，“這些聚合物具有粘膜粘附性，這意味著在聚合后，它們可以非常牢固地附著在腸壁上。通過這種方式，我們可以在原來的腸道表面上產生合成的、類似上皮的涂層。”
一旦這些研究人員開發出這種涂層，他們就開始試驗如何對它進行修改，以滿足各種應用。他們發現他們可以將一種叫做β-半乳糖苷酶（乳糖酶）的酶附著在這層薄膜上，這種薄膜就可以幫助消化乳糖。在豬身上，這種涂層將乳糖消化的效率提高了約20倍。
在另一種應用中，這些研究人員加入了一種名為吡喹酮（praziquantel）的藥物，這種藥物用于治療血吸蟲病，這是一種由寄生蟲引起的熱帶疾病。通常這種藥物必須每天給藥三次，但是通過使用這種涂層，可以每天只給藥一次，并在一天中逐漸釋放。他們表示，這種方法對于必須每天多次給送的抗生素 也是有用的。
最后，這些研究人員證實他們可以用微小的交聯劑嵌入這種聚合物，這使得葡萄糖（以及潛在的其他分子）無法滲透到這種涂層中。他們說，這可能有助于管理糖尿病 、肥胖或其他代謝性疾病 。
臨時涂層
在這項研究中，這些研究人員發現這種涂層可持續約24小時，之后它與構成腸道內壁的持續被替換的細胞一起脫落。在豬身上開展的研究中，他們通過內窺鏡遞送多巴胺溶液，但他們設想開發一種可飲用的制劑供人類使用。他們還在開發其他替代配方，包括膠囊和藥丸。
這些研究人員在大鼠身上進行了一些初步的安全性研究，發現這種多巴胺溶液沒有任何有害影響。他們的研究還表明，大部分或全部的多巴胺分子成為這種合成涂層的一部分，而不會進入組織或血液中，不過他們計劃開展更多的安全性研究，以探索多巴胺可能產生的任何影響。
此外，這些研究人員還研究了24小時后腸道的營養吸收能力，結果顯示，接受過胃腸道合成上皮涂層的動物和沒有接受過胃腸道合成上皮涂層的動物在腸道吸收營養能力方面沒有區別。他們還發現，這種涂層能夠很好地粘附在人類胃腸組織上。
參考資料：
1.Junwei Li et al. Gastrointestinal synthetic epithelial linings. Science Translational Medicine, 2020, doi:10.1126/scitranslmed.abc0441.
2.Synthetic coating for the GI tract could deliver drugs or aid in digestion
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