說起“很酷”的電子醫(yī)療人們首先會想起日益普及的穿戴健康產(chǎn)品，比如“iWatch”?；蛘呔褪莻鹘y(tǒng)的生物醫(yī)學工程技術，象人工器官、生物醫(yī)學信號處理、醫(yī)學成像等。這些現(xiàn)代醫(yī)療技術對人類疾病的預防、診斷、治療、康復等發(fā)揮著巨大的作用，改變了人類生命的軌跡。但今天筆者要介紹的是醫(yī)藥和微電子技術擦出火花的一些“很酷”電子醫(yī)療發(fā)明。
諾華、谷歌的“智慧”隱形眼鏡：
最近一兩年賺足眼球的“很酷電子醫(yī)療”當屬諾華和谷歌合作開發(fā)的“智慧”和“糖尿病”隱形眼鏡。前者在雙層隱形鏡片之間安裝有自動聚焦感應電路(如圖)，比如閱讀時鏡片會自動聚焦到書本，而眺望時又能迅速聚焦遠距離的物體。聚焦時間可以快到1毫秒。而后者在夾層安裝了檢測血糖水平的傳感器，能即時檢測糖尿病患者的血糖水平。為“怵針”的糖尿病患者即時跟蹤血糖帶來福音。據(jù)說這兩款隱形眼鏡預計在2016年進入人體臨床試驗，售價大約每年4500美元。
“智慧眼鏡” 的微電子技術部分來自神秘的Google X實驗室。Google X實驗室在雙層的隱形鏡片之間嵌入作為傳感器的光敏二極管。這些光敏二極管能根據(jù)眼瞼開合的角度控制進光量及視線的上下移動進行調(diào)整，隨后將信號傳輸給液晶從而調(diào)節(jié)鏡片之間的相對位置而聚焦。諾華下屬眼科公司愛爾康(Alcon)是全球最有經(jīng)驗的眼科公司，負責這種“智慧眼鏡”的臨床開發(fā)。這種技術不僅能讓近視的老花眼解脫眼鏡的煩惱，還有望應用到象白內(nèi)障等其它眼科疾病。
除了針對近視/老花眼的“智慧”隱形眼鏡之外，諾華和谷歌還聯(lián)合開發(fā)了一種針對糖尿病患者的“糖尿病隱形眼鏡”。和“智慧眼鏡”一樣設計人員在雙層鏡片之間嵌有微型傳感器，但這不是為了聚焦，而是為了檢測患者眼液中的葡萄糖濃度，并通過無線電信號輸送到用戶的穿戴電子用品。醫(yī)生能借此更加精準地管理病人的飲食和服藥情況。這個產(chǎn)品的雛形由華盛頓大學電機工程學副教授巴芭克•帕維茲在2008年開發(fā)。他設計的葡萄糖傳感器使用電極讓微電流流過眼液，并通過測量電流來探測眼液中葡萄糖的濃度，而眼液中葡萄糖濃度可以直接反映血液中的葡萄糖濃度。這些電極同無線電調(diào)頻天線的計算機芯片一起，建立在聚酯合成纖維制成的一個平板襯底上，帕維茲接著將所有這些物質(zhì)鑄模成一個隱形眼鏡的形狀。后來這個設計被神秘的谷歌X實驗室收購并進一步完善。
雖然諾華的首席執(zhí)行官(CEO)喬•希門尼斯(Joe Jimenez)最近在接受美國Fox電視臺采訪時信誓旦旦介紹了這兩款智慧眼鏡的前景，且表示將在2016年進入臨床試驗階段。但許多人業(yè)界人士尤其對 “糖尿病”隱形眼鏡的可行性還表示三個方面的質(zhì)疑：(一)糖尿病隱形眼鏡通過測定眼液的葡萄糖水平，但眼液(眼淚)的葡萄糖含量和血糖含量的相關性還沒有被證實。(二)、按照目前葡萄糖檢驗手段(生物法、化學法、質(zhì)譜法、物理法)，準確檢查眼液中微量葡萄糖濃度幾乎是不現(xiàn)實的事情，更不用說把這些儀器/電路/電池做得這么小以便置于兩層隱形鏡片之間且不影響視力。(三)、谷歌前不久和全球領先的血糖儀生產(chǎn)商Dexcom簽署了合作計劃，合力打造一款“硬幣大小的”血糖檢測儀。其中Dexcom負責傳感器的研發(fā)，谷歌負責微型化和數(shù)據(jù)處理工作。這個合作從一個側(cè)面暗示糖尿病隱形眼鏡的傳感器開發(fā)并不順利，因此不得不收購Dexcom的技術。當然有錢任性，也許谷歌會把這款新開發(fā)的血糖傳感器用于隱形眼鏡的開發(fā)。
糖尿病是一種嚴重的慢性病，不僅人數(shù)眾多(平均每19人中就有1人患有糖尿病)，且一旦血糖指數(shù)失控，患者將面臨包括眼、腎、以及心臟損傷等諸多并發(fā)癥。如果糖尿病隱形眼鏡能如期面世，并即時、準確地監(jiān)測患者的血糖指數(shù)(每秒讀取一次)，對糖尿病患者來說顯然是一個革命性產(chǎn)品。衷心希望谷歌X實驗室推出一款象谷歌無人駕駛汽車一樣信賴可靠的“很酷”電子醫(yī)療產(chǎn)品。
即時3D打印藥片？
3D打印技術日漸普及，大到飛機大炮小至人體器官，聽上去好象“無所不能”。應用到制藥工業(yè)有人預測將來可以取代藥房即時打印“個體化藥片”。他們想象將來的醫(yī)生處方也就是一個二進制的“條形碼”，用日益普及的自助3D打印機一掃隨后就得到適當?shù)乃幬?。這個說法聽上去好象“似乎有理”但顯然歪曲了3D打印藥片技術。
事實上今年8月美國FDA已經(jīng)批準了首款用3D打印技術制備的SPRITAM®藥片(左乙拉西坦速溶片)，用于和其它抗癲癇藥物聯(lián)合治療成人或兒童患者的部分性發(fā)作、肌陣攣發(fā)作、以及原發(fā)性全身癲癇發(fā)作。當然Aprecia制藥公司的左乙拉西坦速溶片和以上的“個體化”3D打印藥片有本質(zhì)的區(qū)別。 SPRITAM®實際上就是一種制劑生產(chǎn)技術，通過3D打印技術使新型制劑內(nèi)部成多空狀，因為內(nèi)表面積高能在短時間內(nèi)被很少量的水融化。這樣的特性給某些具有吞咽性障礙的患者帶來了福音。在美國每年有300多萬人受到活動性癲癇病的困擾，其中有超過14%是兒童患者。相當一部分患者往往具有一定程度的吞咽性障礙，常發(fā)生嘔藥、卡藥等情形影響藥效的發(fā)揮，也有些兒童對口服藥片具有畏懼和排斥心理，不愿意按時服藥。3D打印技術制備的SPRITAM®有益于這些患者的給藥依從性。
除此之外，每片SPRITAM®的載藥量和傳統(tǒng)制劑相比也明顯提高。尤其是對于一些需要一次性服用大劑量藥物的患者來說，這種“速溶片”可以極大地減輕這些患者服藥的痛苦。當然3D打印的輔料和活性成分還是藥物。
麻省理工學院的“微針膠囊”
很多藥物比如大多數(shù)的生物制劑口服無效。這些藥物口服要么無法吸收，要么在沒有進入血液之前被消化系統(tǒng)分解。而許多人又害怕打針，所以如果能把把針劑做成口服藥丸將是一個巨大市場。正因為此，近年來也出現(xiàn)了很多設計理念，最引人注目的可能是麻省理工學院的一個學生設計的“微針膠囊”。
麻省理工學院化工系的一個叫Carl Schoellhammer的28歲學生在世界頭號發(fā)明家Robert Langer教授指導下發(fā)明了一種“微針膠囊”(Microneedle Pill， mPill)。如上圖所示，mPill是表面布滿小針頭，但這些針頭被一種pH敏感物質(zhì)裹住的一種“膠囊”。外部的pH反應層不僅覆蓋針頭同時也讓吞咽更加容易。在這個滿是針頭的不銹鋼膠囊里裝入適量的藥品，一旦病人把它吞下，在到達腸道后，表面的保護層就會因pH的變化而溶解，針頭因此刺入周圍腸壁，直接將藥物注射入血液。因為腸道內(nèi)壁缺乏疼痛神經(jīng)，這種膠囊比傳統(tǒng)注射的疼痛感要小得多。
雖然上述的微針膠囊布滿鋼針看上去很可怕，但通過X光對豬等動物實驗跟蹤表明這種微針膠囊實際上很安全，布滿鋼針的膠囊能順利排出體外。而且動物實驗表明，一個灌注胰島素的“鋼針膠囊”的給藥效果等同或優(yōu)于傳統(tǒng)的皮下注射(點擊查看錄像效果)。
為了避免個別“微針膠囊”發(fā)生意外無法排出體外，Schoellhammer還開發(fā)另一種版本的膠囊，即使用混有藥物的糖制成的實心針頭。作用都是一樣的，針頭穿入消化道表層，直接將藥物送至血液，不過這時候針頭本身也會溶解，最后只剩下不帶針的膠囊。位于加州的Rani Therapeutics的“糖針膠囊”設計原理相同，但是使用可降解的“糖針”并通過酸化反應啟動。和“微針膠囊”相比前者的優(yōu)點是準確性/再現(xiàn)性好但需要順利通過腸道排出，而后者優(yōu)勢是生物降解但啟動準確性(對裝置的要求更高更精密)、可加工性有所不如。如何精確地控制“糖針膠囊”在十二指腸/結(jié)腸啟動“微針”是一個技術考驗。
如果說20年后70%的汽車將是電動汽車，傳統(tǒng)汽車將逐漸退出歷史舞臺，那么20年后制藥工業(yè)除了會出現(xiàn)更多的顛覆性新藥之外，也會邁入電子化、數(shù)字化時代。相信以上這種通過電子化、數(shù)字化改良那些還不是很理想傳統(tǒng)藥物的發(fā)明會越來越多，諾華和谷歌的碰撞只是一場新醫(yī)療革命的開端。
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