告別打針吃藥！顧臻團(tuán)隊(duì)Nature綜述：智能小型化給藥器械，邁向精準(zhǔn)用藥新時(shí)代

編譯丨王聰

編輯丨王多魚(yú)

排版丨水成文

長(zhǎng)期以來(lái)，臨床藥物治療面臨兩大核心挑戰(zhàn)：復(fù)雜的給藥方案導(dǎo)致患者依從性不佳，以及藥物在體內(nèi)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性難以維持。此外，無(wú)論是按時(shí)吞咽苦澀的藥片，還是忍受針頭刺破皮膚的痛楚，傳統(tǒng)給藥方式始終伴隨著藥物代謝不可控、毒副作用大等困境。

生物技術(shù)、人工智能、電子學(xué)和材料科學(xué)的交叉融合，正在重塑藥物在體內(nèi)的遞送方式。智能小型化給藥器械（Intelligent and miniaturized drug delivery device，IMDDD）利用這些技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)的藥代動(dòng)力學(xué)、靶向分布和可編程釋放，同時(shí)最大限度地降低了毒性并提高了患者依從性。與傳統(tǒng)方法不同，IMDDD 可以整合實(shí)時(shí)傳感和自適應(yīng)控制，從而實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)、更能響應(yīng)動(dòng)態(tài)生理狀況的給藥。

2026 年 3 月 25 日，浙江大學(xué)藥學(xué)院顧臻教授聯(lián)合 MITRobert Langer教授等（魏鑫偉為第一作者），在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊Nature上發(fā)表了題為：Towards intelligent and miniaturized drug delivery devices 的綜述論文。

在這篇綜述中，作者們概述了智能小型化給藥器械（IMDDD）的關(guān)鍵類別和設(shè)計(jì)原理，重點(diǎn)介紹了用于增強(qiáng)性能的 AI 技術(shù)，討論了在癌癥、糖尿病、心血管疾病、疫苗接種及其他領(lǐng)域的潛在臨床應(yīng)用，并探討了 IMDDD 在轉(zhuǎn)化方面面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。通過(guò)將工程創(chuàng)新與醫(yī)療需求相結(jié)合，IMDDD 代表了下一代給藥技術(shù)的發(fā)展方向。

患者用藥管理仍面臨一些重大挑戰(zhàn)，復(fù)雜的給藥方案常導(dǎo)致依從性差和治療效果不佳。同時(shí)，長(zhǎng)期維持藥物穩(wěn)定性也至關(guān)重要，因?yàn)樗幬锝到鈺?huì)降低療效并可能引入潛在毒性。近年來(lái)，在人工智能、3D 打印、材料科學(xué)、生物電子學(xué)和生物界面工程等多技術(shù)融合的推動(dòng)下，智能小型化給藥器械（Intelligent and miniaturized drug delivery device，IMDDD）得以發(fā)展。與主要通過(guò)自下而上方法制備的微/納米遞送制劑不同，IMDDD 通常采用自上而下（Top-down）的方法制造，尺寸從毫米到厘米不等，能夠整合智能材料和先進(jìn)算法，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)效、靶向、信號(hào)觸發(fā)、閉環(huán)或程序化給藥等多種模式的精確控制。

設(shè)備類別

根據(jù)集成的控制模塊，IMDDD 主要分為四類：

生物電子治療設(shè)備： 集成微電子和生物傳感器，以可穿戴或可植入形式利用電信號(hào)控制藥物釋放，同時(shí)實(shí)現(xiàn)精確的生理監(jiān)測(cè)和閉環(huán)給藥。例如閉環(huán)胰島素泵、智能傷口敷料、無(wú)線診療隱形眼鏡。

物理觸發(fā)致動(dòng)器： 響應(yīng)特定的外部非電刺激，如機(jī)械力、聲、熱、光和磁信號(hào)。例如機(jī)器人粘液清除膠囊、滲透微針、磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的植入式泵。

物理化學(xué)響應(yīng)設(shè)備： 依賴于檢測(cè)、響應(yīng)或轉(zhuǎn)化生理環(huán)境中的內(nèi)在信號(hào)，如離子濃度變化、pH值、葡萄糖、活性氧等。例如葡萄糖響應(yīng)性胰島素微針、pH響應(yīng)性凝膠。

活體設(shè)備： 將哺乳動(dòng)物細(xì)胞、細(xì)菌、酵母或復(fù)雜類器官/組織等活體治療劑集成到IMDDD 中，例如細(xì)胞集成微針、凍干淋巴結(jié)支架、多孔膜腔室裝置。

IMDDD 的組件和類別

集成模態(tài)與典型表現(xiàn)形式

AI 賦能 IMDDD 設(shè)計(jì)與制造

人工智能（AI）通過(guò)三種方式增強(qiáng) IMDDD：

• AI 輔助藥物與設(shè)備開(kāi)發(fā)： 用于藥物靶點(diǎn)識(shí)別、虛擬篩選、分子結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以及設(shè)備材料、配方和架構(gòu)的多參數(shù)建模與優(yōu)化。

• AI 輔助設(shè)備制造： 集成到3D打印等制造流程中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)測(cè)打印條件、檢測(cè)缺陷，并通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)提高生產(chǎn)穩(wěn)定性和一致性。

• AI 輔助數(shù)據(jù)處理： 增強(qiáng)醫(yī)療數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性、效率和自動(dòng)化，例如處理腦電圖、心電圖、血糖、醫(yī)學(xué)影像等數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的給藥決策提供支持。

AI 增強(qiáng) IMDDD

AI 驅(qū)動(dòng)的 IMDDD 代表類型

AI 驅(qū)動(dòng)的閉環(huán) IMDDD：整合智能傳感、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析和自主給藥，動(dòng)態(tài)調(diào)整給藥方案，例如 AI 驅(qū)動(dòng)的閉環(huán)胰島素輸送系統(tǒng)、癲癇發(fā)作檢測(cè)與給藥設(shè)備、智能傷口敷料。

AI 驅(qū)動(dòng)的個(gè)性化 IMDDD： 利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)、圖像識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)基于患者特定生理狀況的個(gè)性化治療，例如根據(jù)皮膚病變圖像定制給藥貼片、無(wú)人機(jī)急救給藥、語(yǔ)音交互給藥系統(tǒng)。

用于藥物遞送的 AI 驅(qū)動(dòng)微型機(jī)器人： AI 算法輔助微型機(jī)器人在動(dòng)態(tài)環(huán)境中導(dǎo)航、定位、集群控制，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的靶向給藥任務(wù)。

IMDDD 的臨床應(yīng)用

癌癥治療： 包括局部噴灑凝膠、免疫調(diào)節(jié)支架、3D 打印植入物、微針貼片（遞送化療藥、免疫檢查點(diǎn)抗體、CAR-T 細(xì)胞等）、生物電子介導(dǎo)的無(wú)線植入設(shè)備。

糖尿病治療： 包括集成葡萄糖傳感器的可穿戴胰島素貼片、口服胰島素膠囊（例如自定向膠囊、展開(kāi)臂膠囊、RoboCap）、皮下生物電子植入物（通過(guò)電信號(hào)觸發(fā)工程細(xì)胞分泌胰島素）。

疫苗接種： 包括吸入式疫苗、微針疫苗貼片（可遞送滅活抗原、重組抗原、mRNA 疫苗），具有無(wú)痛、可室溫儲(chǔ)存、易于分發(fā)等優(yōu)勢(shì)。

其他疾病治療： 包括用于心血管疾病的智能心臟貼片和微針增強(qiáng)的藥物洗脫支架；用于傷口管理的智能敷料（實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并釋放抗生素）；用于避孕的微針貼片和口服胃滯留裝置。

展望與挑戰(zhàn)

IMDDD 的發(fā)展正進(jìn)入一個(gè)變革時(shí)代，但臨床轉(zhuǎn)化仍面臨巨大挑戰(zhàn)：

有效性： 確保靶向給藥、精確劑量控制和/或提高生物利用度。

可靠性： 在復(fù)雜生物環(huán)境中保持結(jié)構(gòu)完整性和功能耐久性，抵抗化學(xué)侵蝕和免疫排斥。

安全性： 優(yōu)先考慮生物相容性、藥物釋放的可控性以及安全的數(shù)據(jù)通信。

生產(chǎn)一致性與成本： 需要嚴(yán)格的質(zhì)量控制、可擴(kuò)展且具有成本效益的制造工藝。

未來(lái)發(fā)展方向包括：通過(guò)先進(jìn)算法實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的控制和個(gè)性化給藥；設(shè)備進(jìn)一步微型化、集成化（整合實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、自調(diào)節(jié)釋放機(jī)制）；利用天然生物分子提高生物相容性；發(fā)展AI驅(qū)動(dòng)的智能制造以降低成本；以及建立全面的監(jiān)管框架。

結(jié)語(yǔ)

IMDDD 通過(guò)融合多種前沿技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)個(gè)性化、互聯(lián)和自適應(yīng)的精準(zhǔn)醫(yī)療提供了新的范式。盡管在臨床轉(zhuǎn)化中仍需克服可靠性、安全性和規(guī)模化生產(chǎn)等挑戰(zhàn)，但其在改善治療效果、提高患者生活質(zhì)量方面擁有巨大潛力。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10221-3