試想像如果你需要每週七天，每天四次在腹部進行注射，你會感到害怕嗎？這正是第一型糖尿病患者所面對的困境 [1]。由於身體無法產生足夠胰島素，這些患者需要通過定期注射來降低血糖水平。

為了幫助第一型糖尿病患者，科學家和醫生幾十年來都在尋找可靠的口服胰島素系統，可是極端pH值、蛋白酶以及消化道的厚黏液層都為相關研究帶來巨大挑戰。

在 2019 年，麻省理工學院的研究人員發表了一項突破性研究，他們設計了一種只有一顆藍莓大小，名為自我定向毫米級投藥器（self-orienting millimeter-scale applicator，簡稱SOMA）的可服用裝置 [2, 3]。SOMA麻雀雖小，但設計卻非常精巧 — 它是一顆包含隱藏針頭，一與胃壁接觸就會注射胰島素的膠囊。讓我們仔細看看 SOMA 沿著消化道充滿挑戰但又成功的旅程吧！

患者吞服SOMA後，膠囊會沿食道進入胃部。SOMA第一步會自動將其注射裝置指向胃壁。這個巧妙的自動導向系統靈感來自看似風馬牛不相及的豹紋陸龜（Stigmochelys paradali），這種陸龜的低重心和陡峭的圓拱形外殼使它始終能夠回到直立的狀態。研究人員以電腦模型優化 SOMA的拱形，並用低密度聚己內酯和高密度不銹鋼兩者的組合來降低重心。實驗結果顯示SOMA只需一秒鐘就能自動導向。

第二步是注射胰島素。膠囊內的注射針由兩個部分組成：壓縮胰島素製成的針頭及可被生物降解的針桿，但只有可溶解的針頭會刺入胃壁。為了提供足夠的力讓針頭刺入胃壁，研究團隊將注射針和壓縮彈簧連接，彈簧起初被蔗糖和異麥芽酮糖醇固定，在注射一刻胃部水份會通過SOMA的開口進入内部以溶解糖屏障，從而釋放彈簧將胰島素注入胃壁，整個過程需時一分鐘，隨後固體胰島素藥物在實驗條件下持續溶解大約一小時。成功輸送胰島素後，膠囊會穿過餘下的消化道，最終隨糞便排出體外。

「SOMA的設計聽起來很酷，但為甚麼要將胰島素注射到胃壁而不是腹部呢？打針總是很痛的！」閱讀本文時，您可能會想到同樣的問題。但請放心，由於胃壁沒有痛覺感受器，患者並不會感到痛楚。在豬隻進行的研究也證明SOMA胃壁注射和傳統皮下注射成效相當。

事實上，胰島素也只是 SOMA 可運載的眾多藥物之一。為了擴大SOMA的應用範圍，研究團隊在2021年發表了新版本的SOMA — 液體注射SOMA（liquid-injecting SOMA，簡稱L-SOMA）。它能運送大劑量的液態單克隆抗體 [4]，意味著有望能針對除糖尿病外的疾病，例如癌症和自體免疫疾病（類風濕關節炎等）。而在2022年初，RNA成為了SOMA能運送的生物巨分子之一 [5, 6]。由於單鏈 RNA 容易被降解，研究人員利用以聚合物製成的保護性奈米顆粒來造出 RNA-奈米顆粒複合物。實驗結果表明SOMA能將與2019冠狀病毒病疫苗相當劑量的複合物注入到胃細胞，意味著我們離口服mRNA疫苗又邁進一步了！

參考資料：

[1] American Diabetes Association. Insulin Routines. https://diabetes.org/healthy-living/medication-treatments/insulin-other-injectables/insulin-routines.

[2] Abramson A, Caffarel-Salvador E, Khang M, et al. An ingestible self-orienting system for oral delivery of macromolecules. Science. 2019;363(6427):611-615. doi:10.1126/science.aau2277

[3] Trafton A. New Pill can deliver insulin. MIT News. https://news.mit.edu/2019/pill-deliver-insulin-orally-0207.

[4] Abramson A, Frederiksen MR, Vegge A, et al. Oral delivery of systemic monoclonal antibodies, peptides and small molecules using gastric auto-injectors. Nature Biotechnology. 2021;40(1):103-109. doi:10.1038/s41587-021-01024-0

[5] Abramson A, Kirtane AR, Shi Y, et al. Oral mRNA delivery using capsule-mediated gastrointestinal tissue injections. Matter. 2022;5(3):975-987. doi:10.1016/j.matt.2021.12.022

[6] Trafton A. Making RNA vaccines easier to swallow. MIT News. https://news.mit.edu/2022/oral-rna-vaccines-0131.