医疗器械的设计在人体器官中的应用方式各式各样，包括长期给药系统、电子监控系统和减肥干预系统。然而，这些药物通常是由非降解性弹性聚合物制备而成，由于存在固有的风险，在意外骨折进行手术时，使用这种器通常具有肠梗塞的危险。因此，这些物质在胃里作用的时间有限。

现在，麻省理工学院Koch研究所综合癌症研究中心的研究人员和马萨诸塞州总医院(MGH)开发出一种聚合物凝胶，解决了这一安全问题，研发出一种可以在胃里长期作用的装置，这种装置可以作为口服胶囊，在若干天，数周或数月的时间里不断释放药物。

这种聚合物是对pH响应的:它在酸性的胃环境中是稳定的，但在pH值接近中性的小肠中时将会溶解，从而保证肠道中其他物质的顺利代谢。该物质有弹性，可压缩或者折叠成容易摄取的胶囊状。总之，这种聚合物可用于安全有效的药物长时间作用在胃里。

Giovanni Traverso是Koch研究所附属机构的研究人员，同时也是MGH和哈佛医学院的胃肠病学家，他说：“任何作用于胃肠道中的物质都存在潜在的危险，在医疗紧急情况下可能还需要外科干预。这种材料的研制可以说是一项真正的进步，因为它可以安全又稳定地坐拥在胃环境中。”

Traverso和麻省理工学院的Robert Langer（同时也是Koch研究所的教授）共同于7月27日在《自然材料》上发表了一篇论文，来描述这种新型聚合物凝胶药物在胃中的应用。

ShiyiZhang是麻省理工学院Koch研究所的博士后，同时他也是该论文的第一作者。他研发出一种环形装置原型(如左图)，该装置可以折叠成一种可吞入式胶囊(如右图)，作为药物使用方便且安全。图片来源：Koch研究所。

延展的安全性

对胃器械进行设计是一项十分复杂的涉及大小和形状的问题。人体的胃可以在几小时内自然清空，所以要想使得器械在胃中保留下来，必须拥有比幽门更大的直径。幽门是胃的阀门，直径约1.5~2厘米，可以将胃中的物质传递到小肠。不过，由于这些器械进入人体胃部最方便的方式是通过食道，食道稍微比幽门宽一点，因此研究人员需要研制出弹性聚合物。

Zhang指出：“弹性器械可以折叠成小型的东西，如胶囊，并且可以通过食道很方便地摄入胃部，在人体胃部扩张之前，恢复原来的形状。当研制出的药物载体直径比幽门大的时候，药物就会有更大的概率长时间保留在胃里。”

但现有设备中弹性聚合物的大小和形状限制了药物作用的安全问题，一旦设备太大或者太复杂，出现裂缝的话会存在更大的风险。因此，研究人员希望研制出一种聚合物，它能够在胃中稳定存在，直到进入肠道。

“为了降低造成肠道阻塞的风险，这种材料需要在肠道中溶解，与药物分离后，安全地排出体外。”Zhang指出。

为了制备出这种新材料，研究者们合成了一种弹性聚合物，并将其在溶液中与肠聚合物相结合。具体来说，通过添加盐酸，使用离心法制备出柔性、弹性的聚合物凝胶。

研究人员利用这种无毒、可降解的聚已酸内酯凝胶(PCL)制备出一些器械的原型。他们首先将凝胶连接弧形的PCL圆形模具制备出环形装置。这种弹性器械的直径为3厘米，比幽门宽，而且可制成口服胶囊。

通过将这些胶囊喂给猪后，研究人员发现，环形器械在摄入体内15分钟后延展至原来的形状，并在胃里停留了七天。在通过胃部后，聚合物凝胶开始溶解，形成微小的PCL毫无阻碍地穿过肠道。研究人员还制备出更大体积各种形状的器械，折叠后，利用内镜将其送入食道。这些器械在胃里停留了5天，溶解后的凝胶同样可以安全地通过肠道。

提高黏附性

这种聚合物凝胶同时具有肠道和弹性的性能，可以显著改善胃作用药物的药效的 发挥。含有这种材料的药物能够用于肥胖症的治疗，它可以控制一个人的饥饿感或饱腹感；也可以用于可吸收电子设备中，用来诊断和监测各种胃肠道环境；同时可 以作为传输系统来延长药物释放的时间，是药物在数周或数月后依然有效。

Edith Mathiowitz是布朗大学的医学科学与工程教授，没有参与该研究工作的他提到：“这种系统可以为药物提供一种柔性、光滑的外壳，使药物可以缓慢地反应，从而为释放药物和小型监控设备及胃肠道成像设备的应用提供条件。这是一种非常巧妙的方法。”

作者特别指出，他们对这项成果在药物传输领域的应用十分满意，正在进一步调整聚合物组分以及设计系统，从而使药物在特定的时间段里（数周或数月）进行释放。麻省理工学院正在与Lyndra进行专利授权谈判，Lyndra生物科技公司是专门研发新型口服药物传输系统及其技术的公司。

Lyndra说：“很高兴这项成果为新兴口服药物带来了商机，我从没见过病人吞下一个药丸后可以实现任意时间的作用效果。”

这种单一实施的成果会提高药物的黏附性，这仍然是一个主要的临床障碍。据世界卫生组织统计，在发达国家中，只有50%的病人坚持长期治疗慢性疾病，在发展中国家的比例更低。由于药物缺少黏附性，美国每年花费将近1000亿美元来投入很多不必要的住院治疗病例。研究人员还说，这种单一实施的传输系统可以彻底治疗疟疾或其他感染性疾病。

于2015年3月的《自然》上，Traverso和Langer 写道，胃肠道领域的药物长期作用可以解决全球范围内的健康问题。这种新材料可以用于制备可吞入式药片，并延长药物释放时间。他们希望这种新材料作为口服药物，可以最大化地实现药物的黏附性和治疗效果。

该论文的作者还包括麻省理工学院的 Andrew Bellinger，Dean Glettig，Ross Barman，Young-Ah Lee，Cody Cleveland，Veronica Montgomery和Li Gu，橡树岭国家实验室的Jiahua Zhu，德州农工大学的Landon Nash和Duncan Maitland。

——引自“新材料在线”