精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)時代，如何讓藥物更智能、更精準(zhǔn)地發(fā)揮治療作用？一種名為“智能小型化給藥器械”（Intelligent and miniaturized drug delivery devices，IMDDDs）的新興技術(shù)，或許正是破解這一難題的關(guān)鍵。

3月26日，浙江大學(xué)藥學(xué)院教授、先進(jìn)藥物遞釋系統(tǒng)全國重點實驗室主任顧臻牽頭，攜手麻省理工學(xué)院、牛津大學(xué)、布朗大學(xué)、北卡羅來納大學(xué)等機構(gòu)的國際頂尖學(xué)者，在《自然》正刊發(fā)表前瞻性述評“Towards intelligent and miniaturized drug delivery devices”。該文章系統(tǒng)梳理了IMDDDs的核心類別與設(shè)計原則，并圍繞腫瘤、糖尿病、心腦血管疾病等臨床場景及未來發(fā)展方向展開深入探討。顧臻擔(dān)任通訊作者，魏鑫偉研究員為第一作者。

今年全國兩會將“生物醫(yī)藥”列為國家新興支柱產(chǎn)業(yè)，“十五五”規(guī)劃綱要也明確提出“推進(jìn)全民健康數(shù)智化建設(shè)”，這標(biāo)志著健康中國建設(shè)正從“保障基本”向“追求優(yōu)質(zhì)”轉(zhuǎn)型。浙江大學(xué)正處于這一轉(zhuǎn)型的前沿。顧臻介紹：“未來的‘智能藥物’，將深度融合人工智能、材質(zhì)智能與生物智能三大技術(shù)?！?/p>

與傳統(tǒng)通過自組裝工藝制備的納米藥物（如脂質(zhì)體、脂質(zhì)納米顆粒）不同，IMDDDs的尺寸多在微米至厘米級別。它們并非單純的藥物載體，而是通過現(xiàn)代制造工藝集成了智能材料、控制模塊，甚至活細(xì)胞與組織的微型系統(tǒng)。

柔性電子貼片、透皮微針、滲透泵、無線植入器件、智能隱形眼鏡、可吞咽電子膠囊等形態(tài)各異的器械，通過智能材料與先進(jìn)算法的融合，可實現(xiàn)藥物的長效、靶向、響應(yīng)性、閉環(huán)及程序化釋放的精準(zhǔn)控制。

智能小型化藥物遞釋器械 IMDDDs 的組件和類別示意圖

在這場醫(yī)藥技術(shù)變革中，人工智能發(fā)揮著核心作用。文章指出，AI不僅能輔助器械的設(shè)計與制造，還可優(yōu)化藥物釋放模型、預(yù)測個體化給藥方案，甚至通過機器學(xué)習(xí)算法實現(xiàn)治療效果的實時反饋與調(diào)控。從“優(yōu)化設(shè)計”到“主動決策”，AI不斷拓展著IMDDDs的智能邊界。

AI 賦能 IMDDDs 的設(shè)計、制造與應(yīng)用

人工智能提供算法與決策支持，讓器械具備“思考”能力；材質(zhì)智能賦予材料響應(yīng)特性，使器械能“對癥下藥”；生物智能則將細(xì)胞與組織作為“藥物工廠”，讓活細(xì)胞成為靶向遞送的“快遞員”和治療的“執(zhí)行者”。這三重智能的交互，推動藥物遞送從單向注射轉(zhuǎn)向“以患者為中心”的雙向互動，從被動釋放升級為智能調(diào)控。

試想未來，你只需戴上手環(huán)或吞下膠囊，通過語音指令就能精準(zhǔn)控制藥物釋放。

浙大團(tuán)隊受耳蝸毛細(xì)胞啟發(fā)，利用三維建模和高精度3D打印技術(shù)，制備出具有不同長度和直徑的仿生人工纖毛陣列。當(dāng)外界聲波頻率與纖毛固有頻率匹配時，纖毛會發(fā)生共振并振動。

團(tuán)隊將不同藥物分別搭載于不同纖毛上，構(gòu)建出“聲控膠囊”器件：發(fā)射頻率1的聲波可觸發(fā)藥物A釋放，切換至頻率2則釋放藥物B，這正是“材質(zhì)智能”的生動實踐。

受耳蝸毛細(xì)胞啟發(fā)的仿生人工纖毛陣列

如果說聲控膠囊是“聽指令行事”，那么智能胰島素已能“看血糖辦事”。

通過血糖響應(yīng)性分子修飾，浙大團(tuán)隊研發(fā)的智能胰島素可與體內(nèi)血管及血液中的特定蛋白結(jié)合：血糖升高時，葡萄糖促使智能胰島素從蛋白上釋放發(fā)揮作用；血糖過低時，它又能重新回到血管中。在糖尿病豬模型中，該設(shè)計不僅實現(xiàn)了皮下注射后長達(dá)一周的平穩(wěn)血糖控制，還可與AI輔助的胰島素泵結(jié)合，形成“雙閉環(huán)”智能遞送系統(tǒng)，控糖效果優(yōu)于現(xiàn)有商用單閉環(huán)胰島素泵，這是“材質(zhì)智能”與“人工智能”的巧妙融合。

新型智能胰島素及雙閉環(huán)全自動控糖系統(tǒng)效果圖

醫(yī)院常見的“打吊針”或?qū)⒊蔀闅v史。浙大團(tuán)隊研發(fā)的貼敷式輸注貼，利用滲透壓差驅(qū)動藥物通過空心微針持續(xù)釋放，實現(xiàn)大劑量藥物的無痛、穩(wěn)定輸注。這個硬幣大小的貼片，可維持24小時的藥物釋放。

這種“微型鹽水瓶”讓“住院治療居家化”成為可能。未來，患者可一邊輸液一邊工作、旅行，甚至宇航員在太空中也能采用這種不依賴重力的給藥方式。

可穿戴貼敷式輸注貼的結(jié)構(gòu)與原理示意圖

交通擁堵、地理位置偏遠(yuǎn)常導(dǎo)致急救延誤。浙大藥學(xué)院團(tuán)隊聯(lián)合控制科學(xué)與工程學(xué)院，發(fā)明了無人機靶向遞藥急救系統(tǒng)：無人機接收急救信號后，通過AI技術(shù)自主避障、識別患者，在合適高度釋放微針投擲裝置，將急救藥物經(jīng)皮膚導(dǎo)入體內(nèi)。

用于急救的無人機藥物自主靶向遞送系統(tǒng)

還有“以藥為墨”的“噴藥打印機”：根據(jù)智能手機成像結(jié)果與AI智能圖像分析，打印機將藥物溶液精準(zhǔn)打印在高分子薄膜上，為色素沉積、白癜風(fēng)等疾病提供貼合病灶形狀和劑量的個性化治療。

個性化給藥貼片的制備與使用示意圖

此外，團(tuán)隊利用肥大細(xì)胞在過敏反應(yīng)中的特性，將藥物裝載于肥大細(xì)胞內(nèi)，當(dāng)過敏原觸發(fā)時，細(xì)胞自動釋放藥物；同時開發(fā)了基于類器官及組織（如淋巴結(jié)）的釋藥系統(tǒng)，并將這類“活藥物”與器械結(jié)合實現(xiàn)精準(zhǔn)治療。

智能藥物雖前景美好，但會否價格高昂？

通過開發(fā)“藥物晶體覆膜技術(shù)”“高壓制劑技術(shù)”等實用平臺技術(shù)，浙大團(tuán)隊正探索智能藥物的低成本路徑。他們不依賴昂貴材料，而是通過簡易工程設(shè)計和普通藥用輔料實現(xiàn)智能化。

讓前沿技術(shù)惠及每一位普通患者——這是科學(xué)家們的初心。

“這些研究并非憑空而來，都源于臨床需求與跨界交流?！鳖櫿楸硎尽Ｔ谙冗M(jìn)藥物遞釋系統(tǒng)全國重點實驗室，學(xué)科交叉是常態(tài)：藥學(xué)、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、材料學(xué)、控制科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程等背景的師生圍坐一堂，從不同視角碰撞創(chuàng)新火花。

推動智能藥物從概念走向臨床，也需匯聚全球智慧。實驗室里活躍著來自美國、英國、意大利、新加坡等國的本科生、研究生和博士后，他們與浙大師生共同攻關(guān)前沿領(lǐng)域。

從聲波響應(yīng)的材質(zhì)智能，到模擬胰腺的生物智能，再到無人機靶向急救的人工智能——智能藥物正從“被動起效”轉(zhuǎn)向“主動感知、決策與執(zhí)行”，從“千人一藥”邁向“個性化定制”。

從跟跑到并跑再到領(lǐng)跑——浙江大學(xué)正以“智能藥物與器械”為特色方向，響應(yīng)國家戰(zhàn)略，服務(wù)人民健康，書寫中國醫(yī)藥技術(shù)的未來篇章。

文字記者：浙江大學(xué)融媒體中心學(xué)生記者團(tuán) 伍聞博 | 章舒帆 查蒙

圖片來源于受訪者

原標(biāo)題：《集結(jié)《自然》！浙大、MIT、牛津……共探智能藥物未來》

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