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Science子刊:重大进展!开发出胃肠道合成上皮涂层,可用于递送药物、协助消化或阻止营养物吸收

来源:本站原创 2020-08-31 19:19

2020年8月31日讯/生物谷BIOON/---在一项新的研究中,来自美国麻省理工学院的的研究人员利用在消化道中发现的酶,设计出一种在小肠内壁上涂抹一种临时的合成涂层(synthetic coating)的方法。这种涂层可以经改造后递送药物、协助消化或者阻止葡萄糖等营养物吸收。相关研究结果发表在2020年8月26日的Science Translational Medicine期刊上,论文标题为“Gastrointestinal synthetic epithelial linings”。
猪的肠组织。左边未涂抹胃肠道合成上皮涂层,右边涂抹胃肠道合成上皮涂层,图片来自Junwei Li。

在这项在猪身上进行的研究中,这些研究人员证明他们可以使用这种方法来简化通常必须每天多次服用的药物的递送。他们还对这种涂层进行了修饰,以递送帮助人们消化牛奶乳糖的酶,并阻止葡萄糖的吸收,这可能为治疗糖尿病或肥胖提供一种新的策略。

论文通讯作者、麻省理工学院机械工程助理教授和布莱根妇女医院胃肠病专家Giovanni Traverso说,“这三种应用相当不同,但它们提供了使用这种方法可以完成的事情的广度。”

这种涂层由一种利用多巴胺分子制成的聚合物组成。多巴胺分子可以以溶液的形式被摄入体内。一旦这种溶液到达小肠,这些多巴胺分子就会在小肠中发现的一种酶的催化下,组装成一种聚合物。

粘性聚合物

这些研究人员开始研究这个项目的目的是试图开发液体药物配方,以提供一种更容易吞咽的胶囊替代品,特别是对儿童而言。他们的想法是为肠道内壁构建一种聚合物涂层,这种涂层是在单体---聚合物的构成单元(building block),这里指的是多巴胺---的溶液被吞下后形成的。

Traverso说,“儿童通常无法服用胶囊和片剂等固体剂型。我们开始思考是否可以开发出可形成合成上皮涂层的液体制剂,这种涂层可用于药物递送,这就使得患者更容易接受药物。”

他们从自然界中获得灵感,开始试验一种名为聚多巴胺(polydopamine, PDA)的聚合物,它是蚌类分泌的以帮助它们粘附在岩石上的粘性物质的一种成分。PDA是由多巴胺单体制成的,多巴胺也是大脑中的一种神经递质。

这些研究人员发现,一种名为过氧化氢酶(catalase)的酶可以帮助将多巴胺分子组装到PDA聚合物中。过氧化氢酶在整个消化道中都能找到,尤其是在小肠的上部区域含量更高。

在猪身上进行的研究中,这些研究人员发现如果他们在液体溶液中递送多巴胺,以及极少量的过氧化氢(在公认安全的水平上),小肠中的过氧化氢酶会将过氧化氢分解成水和氧气。氧气帮助多巴胺分子结合成PDA聚合物。在几分钟内,就会形成一层薄薄的PDA薄膜,覆盖在小肠内壁上。

论文第一作者、麻省理工学院科赫综合癌症研究所博士后研究员Junwei Li说,“这些聚合物具有粘膜粘附性,这意味着在聚合后,它们可以非常牢固地附着在肠壁上。通过这种方式,我们可以在原来的肠道表面上产生合成的、类似上皮的涂层。”

一旦这些研究人员开发出这种涂层,他们就开始试验如何对它进行修改,以满足各种应用。他们发现他们可以将一种叫做β-半乳糖苷酶(乳糖酶)的酶附着在这层薄膜上,这种薄膜就可以帮助消化乳糖。在猪身上,这种涂层将乳糖消化的效率提高了约20倍。

在另一种应用中,这些研究人员加入了一种名为吡喹酮(praziquantel)的药物,这种药物用于治疗血吸虫病,这是一种由寄生虫引起的热带疾病。通常这种药物必须每天给药三次,但是通过使用这种涂层,可以每天只给药一次,并在一天中逐渐释放。他们表示,这种方法对于必须每天多次给送的抗生素也是有用的。

最后,这些研究人员证实他们可以用微小的交联剂嵌入这种聚合物,这使得葡萄糖(以及潜在的其他分子)无法渗透到这种涂层中。他们说,这可能有助于管理糖尿病、肥胖或其他代谢性疾病

临时涂层

在这项研究中,这些研究人员发现这种涂层可持续约24小时,之后它与构成肠道内壁的持续被替换的细胞一起脱落。在猪身上开展的研究中,他们通过内窥镜递送多巴胺溶液,但他们设想开发一种可饮用的制剂供人类使用。他们还在开发其他替代配方,包括胶囊和药丸。

这些研究人员在大鼠身上进行了一些初步的安全性研究,发现这种多巴胺溶液没有任何有害影响。他们的研究还表明,大部分或全部的多巴胺分子成为这种合成涂层的一部分,而不会进入组织或血液中,不过他们计划开展更多的安全性研究,以探索多巴胺可能产生的任何影响。

此外,这些研究人员还研究了24小时后肠道的营养吸收能力,结果显示,接受过胃肠道合成上皮涂层的动物和没有接受过胃肠道合成上皮涂层的动物在肠道吸收营养能力方面没有区别。他们还发现,这种涂层能够很好地粘附在人类胃肠组织上。(生物谷 miaobaku.com)

参考资料:

1.Junwei Li et al. . Science Translational Medicine, 2020, doi:10.1126/scitranslmed.abc0441.

2.Synthetic coating for the GI tract could deliver drugs or aid in digestion
https://medicalxpress.com/news/2020-08-synthetic-coating-gi-tract-drugs.html


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