颠覆传统用药方式，一粒胶囊搞定全天用药！

颠覆传统用药方式，一粒胶囊搞定全天用药！

多药治疗通常涉及多种药物和复杂的用药时间表，这对患者的记忆和日常管理能力提出了极高的要求。例如，帕金森病和阿尔茨海默病患者常因记忆障碍而难以按时服药，导致药物剂量的遗漏或重复，严重影响治疗效果。据统计，在美国每年超过38亿张处方中，近50%的药物未能正确服用，无论是用药时间还是剂量都存在偏差。这种依从性问题不仅影响个体健康，还给医疗系统带来了沉重负担。

此外，一些药物需要根据人体的昼夜节律在特定时间服用，以达到最佳疗效。例如，高血压患者通常在早晨服用β受体阻滞剂来控制血压，而在晚上服用他汀类药物以降低胆固醇。这种精准的用药时间安排对于维持药物的有效浓度、预防耐药性（如抗生素耐药性）和减少副作用至关重要。然而，传统的药物管理方式，如药盒分装或长期缓释剂型，并未能从根本上解决患者依从性问题。因此，开发一种能够简化用药方案、精准控制药物释放的新型给药系统迫在眉睫。

成果简介

近日，加州大学圣地亚哥分校Joseph Wang的研究团队开发的MSDC是一种时间可调的多段胶囊，能够实现一天内多次、定时释放药物。该胶囊内部被设计成多个独立的药物舱室，每个舱室通过一种特殊的肠溶屏障（enteric barrier）分隔开来。这种屏障由FDA批准的Eudragit S100聚合物制成，能够在胃酸环境中保持稳定，而在肠道的碱性条件下溶解，从而实现药物的定时释放。

通过调整Eudragit S100在屏障中的浓度，研究人员可以精确控制每个药物舱室的释放时间。例如，较低浓度的Eudragit S100会导致屏障较快溶解，从而实现药物的快速释放；而较高浓度则会延缓屏障的溶解，实现药物的缓慢释放。这种设计不仅能够满足患者一天内多次服药的需求，还能根据药物的药代动力学特性，实现快速、中间和持续释放的组合，以维持药物在治疗窗口内的浓度。

MSDC的关键创新

除了精准的时间控制，MSDC的另一个创新点在于其集成的微机器人技术。在某些药物舱室中，研究人员嵌入了镁微马达（Mg micromotors），这些微马达能够在胃酸中产生氢气泡，从而实现自推进和局部搅拌。这种局部搅拌能够加速药物从胶囊中的释放，并促进药物在胃肠道中的分散，从而提高药物的生物利用度和疗效。

镁微马达不仅能够加速药物释放，还能在释放过程中中和胃酸，为某些对酸敏感的药物（如抗生素）创造更适宜的释放环境。此外，微马达的推进能力还能使其在胃肠道内停留更长时间，从而增强药物的吸收效果。这种微机器人技术的应用，为MSDC的药物释放功能带来了全新的维度。

图1|MSDC用于全天时间可调多相药物释放的示意图

精准的时间调控释放

为了验证MSDC的性能，研究团队进行了一系列体外实验。实验中，研究人员使用了不同的模型药物（如左旋多巴，一种用于治疗帕金森病的药物）和不同的Eudragit S100浓度，以模拟不同的治疗场景。实验在模拟胃液（pH 1.3）中进行，通过观察药物释放的时间和量，评估MSDC的精准控释能力。

实验结果表明，MSDC能够实现高度精准的时间调控药物释放。通过调整Eudragit S100的浓度，研究人员成功地将药物释放时间从3.5小时延长至9.5小时。例如，在一个包含两个药物舱室的胶囊中，第一个舱室（D1）在胶囊帽打开后立即释放药物，而第二个舱室（D2）则在经过预设的时间间隔后才开始释放。这种精准的时间控制能力，使得MSDC能够满足患者一天内多次服药的需求，同时避免了药物之间的相互作用。

图2|多段每日胶囊的制备

图3|每日胶囊体外溶解研究用于双重给药和屏障特性分析

微机器人加速药物释放

在含有镁微马达的胶囊中，研究人员观察到了显著的加速释放效果。实验中，含有4%镁微马达的胶囊在15分钟内释放了约90%的左旋多巴，而没有微马达的静态胶囊则需要120分钟才能完全释放。这种加速释放不仅提高了药物的生物利用度，还能在需要时快速提供药物，如缓解帕金森病患者的“关期”症状。

图4|用于pH响应性释放的机器人多段胶囊

长期释放与药物浓度维持

除了快速释放，MSDC还能够实现药物的长期维持释放。在一个包含三个药物舱室的胶囊中，第一个舱室通过微马达实现快速释放，第二个舱室在第一个舱室释放完成后约1小时开始释放，而第三个舱室则在约18小时后释放。这种多阶段释放模式能够维持药物在治疗窗口内的浓度，减少药物的波动，从而提高治疗效果。

微机器人的胃酸中和能力

镁微马达在释放药物的同时，还能中和胃酸。实验中，研究人员发现，随着镁微马达的释放，模拟胃液的pH值从1.3迅速上升至7.5，这为某些对酸敏感的药物提供了更适宜的释放环境。这种pH响应性释放能力，使得MSDC能够根据胃肠道的环境变化，动态调整药物的释放。

图5|机器人多段胶囊的顺序和pH响应性模型药物释放以及胃酸中和

图6|左旋多巴机器人MSDC释放和监测研究

小结

MSDC作为一种新型的多药治疗给药系统，展示了其在精准控释药物方面的巨大潜力。通过精确的时间调控和微机器人技术的集成，MSDC不仅能够简化患者的用药方案，还能提高药物的生物利用度和疗效。这种“一天一粒”的给药方式，有望显著提高患者的依从性，减少医疗资源的浪费。

未来，研究团队计划将MSDC技术推向临床应用，进行体内实验以验证其在真实生理环境中的效果。此外，研究人员还将探索MSDC的长期释放能力，以及如何将其应用于更广泛的治疗场景，如慢性疾病管理和个性化医疗。随着技术的不断进步，MSDC有望成为多药治疗领域的一项革命性成果，为患者的健康带来更多的保障。

参考文献：
Daily multi-segment capsule for time-tunable drug release toward enhanced polypharmacy adherence. Matter 2025.
https://doi.org/10.1016/j.matt.2024.101947