麻省理工学院智能药丸验证服药情况

该系统可以直接构建到现有的药丸胶囊中，并利用可生物降解的射频天线在吞服后短时间内发送信号。信号传输完成后，药丸的大部分电子元件会在胃中安全分解，而微小的射频芯片则通过消化道自然排出体外。

研究人员表示，这种方法对于必须严格遵守用药时间的人群尤其有帮助。这包括依赖免疫抑制药物的器官移植患者，以及长期接受HIV或结核等感染治疗的个体。

"我们的目标是确保这能帮助人们获得所需的治疗，以最大限度地保障他们的健康，"麻省理工学院机械工程副教授、布莱根妇女医院胃肠病学家、麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所副研究员乔瓦尼·特拉维索说道。

特拉维索是这项研究的资深作者，该研究于1月8日发表在《自然·通讯》期刊上。麻省理工学院研究科学家梅赫梅特·吉雷汉·萨伊和麻省理工学院前博士后肖恩·游是该论文的主要作者。

为何用药依从性仍是一个重大挑战

未能按处方服药仍然是全球范围内的一个严重问题。每年，不良的用药依从性导致数十万可预防的死亡，并造成数十亿美元可避免的医疗成本。

为帮助解决这一问题，特拉维索的实验室此前探索了可在消化系统中长期停留并按预定时间间隔释放药物的给药胶囊。虽然这种方法在某些情况下有效，但并不适用于所有药物。

"我们已经开发出可以在体内停留很长时间的系统，并且我们知道这些系统可以提高依从性，但我们也认识到，对于某些药物，我们无法改变药丸本身，"特拉维索说。"问题就变成了：我们还能做些什么来帮助患者及其医疗保健提供者确保他们确实服用了药物？"

可吞服信号系统的工作原理

在这项新研究中，团队专注于一种不同的策略：确认药丸是否已被服用，而非改变药物的递送方式。研究人员转向了射频技术——这是一种可在体外检测到的信号，被认为对人体使用安全。

早期基于射频的用药追踪尝试依赖于在体内不易分解的材料，这意味着整个设备必须完好无损地通过消化道。为降低胃肠道阻塞的任何风险，麻省理工学院的团队设计了一种可在使用后安全降解的生物可吸收系统。

负责传输信号的天线由锌制成，并嵌入纤维素颗粒中。选择这些材料是因为它们具有良好的安全记录和医疗应用的兼容性。

"我们选择这些材料是基于它们非常有利的安全特性以及环境兼容性，"特拉维索说。

锌-纤维素天线被卷成紧凑的形状，与药物一同放入药丸内部。胶囊本身由明胶制成，表面涂有纤维素以及钼或钨，这可以防止药丸在吞服前发出任何射频信号。

一旦吞服，涂层溶解，释放出药物和天线。天线接收来自外部读取器的信号，并与一个微型射频芯片协同工作，发回药丸已被吞服的确认信号。这一交互过程通常在10分钟内完成。

射频芯片尺寸约为400×400微米，是一种市售的不可生物降解组件。其设计旨在安全通过消化道。所有剩余部件约在一周内在胃中分解。

"这些组件采用具有公认安全性的材料（如锌和纤维素）设计，可在数天内分解，这些材料已在医学中广泛使用，"萨伊说。"我们的目标是避免长期积聚，同时能够可靠地确认药丸已被服用。随着该技术向临床应用推进，其长期安全性将继续接受评估。"

对高风险患者的潜在益处

在动物测试中，该系统成功地将信号从胃内传输到最远2英尺外的外部接收器。如果适用于人类，研究人员设想将这种药丸与可穿戴设备配对，该设备可以将数据直接传输给患者的医疗团队。

团队计划进行进一步的临床前研究，并希望在不久的将来开始在人体中测试这项技术。器官移植受者是可能获益最大的群体之一，因为漏服免疫抑制药物会迅速导致器官排斥。

"我们希望优先关注那些在出现不依从情况时可能对个人产生真正有害影响的药物，"特拉维索说。

其他可能受益的群体包括：近期放置支架、需要服药防止堵塞的患者；患有结核病等慢性感染的个体；以及因神经精神疾病而难以坚持用药的人群。

资金与支持

这项研究获得了诺和诺德公司、麻省理工学院机械工程系、布莱根妇女医院消化内科以及美国卫生高级研究计划局的支持。