編譯丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

長期以來，臨床藥物治療面臨兩大核心挑戰(zhàn)：復雜的給藥方案導致患者依從性不佳，以及藥物在體內(nèi)的長期穩(wěn)定性難以維持。此外，無論是按時吞咽苦澀的藥片，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、人工智能、電子學和材料科學的交叉融合，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，實現(xiàn)了精準的藥代動力學、靶向分布和可編程釋放，同時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 可以整合實時傳感和自適應控制，從而實現(xiàn)更精準、更能響應動態(tài)生理狀況的給藥。

2026 年 3 月 25 日，浙江大學藥學院顧臻教授聯(lián)合 MITRobert Langer教授等（魏鑫偉為第一作者），在國際頂尖學術期刊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）的關鍵類別和設計原理，重點介紹了用于增強性能的 AI 技術，討論了在癌癥、糖尿病、心血管疾病、疫苗接種及其他領域的潛在臨床應用，并探討了 IMDDD 在轉(zhuǎn)化方面面臨的挑戰(zhàn)與機遇。通過將工程創(chuàng)新與醫(yī)療需求相結合，IMDDD 代表了下一代給藥技術的發(fā)展方向。

患者用藥管理仍面臨一些重大挑戰(zhàn)，復雜的給藥方案常導致依從性差和治療效果不佳。同時，長期維持藥物穩(wěn)定性也至關重要，因為藥物降解會降低療效并可能引入潛在毒性。近年來，在人工智能、3D 打印、材料科學、生物電子學和生物界面工程等多技術融合的推動下，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算法，實現(xiàn)長效、靶向、信號觸發(fā)、閉環(huán)或程序化給藥等多種模式的精確控制。

設備類別

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控制藥物釋放，同時實現(xiàn)精確的生理監(jiān)測和閉環(huán)給藥。例如閉環(huán)胰島素泵、智能傷口敷料、無線診療隱形眼鏡。

物理觸發(fā)致動器： 響應特定的外部非電刺激，如機械力、聲、熱、光和磁信號。例如機器人粘液清除膠囊、滲透微針、磁場驅(qū)動的植入式泵。

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

活體設備： 將哺乳動物細胞、細菌、酵母或復雜類器官/組織等活體治療劑集成到IMDDD 中，例如細胞集成微針、凍干淋巴結支架、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 設計與制造

人工智能（AI）通過三種方式增強 IMDDD：

• AI 輔助藥物與設備開發(fā)： 用于藥物靶點識別、虛擬篩選、分子結構優(yōu)化，以及設備材料、配方和架構的多參數(shù)建模與優(yōu)化。

• AI 輔助設備制造： 集成到3D打印等制造流程中，實現(xiàn)實時監(jiān)控、預測打印條件、檢測缺陷，并通過數(shù)字孿生技術提高生產(chǎn)穩(wěn)定性和一致性。

• AI 輔助數(shù)據(jù)處理： 增強醫(yī)療數(shù)據(jù)分析的準確性、效率和自動化，例如處理腦電圖、心電圖、血糖、醫(yī)學影像等數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)驅(qū)動的給藥決策提供支持。

AI 增強 IMDDD

AI 驅(qū)動的 IMDDD 代表類型

AI 驅(qū)動的閉環(huán) IMDDD：整合智能傳感、實時數(shù)據(jù)分析和自主給藥，動態(tài)調(diào)整給藥方案，例如 AI 驅(qū)動的閉環(huán)胰島素輸送系統(tǒng)、癲癇發(fā)作檢測與給藥設備、智能傷口敷料。

AI 驅(qū)動的個性化 IMDDD： 利用計算機視覺、圖像識別、語音識別等技術，實現(xiàn)基于患者特定生理狀況的個性化治療，例如根據(jù)皮膚病變圖像定制給藥貼片、無人機急救給藥、語音交互給藥系統(tǒng)。

用于藥物遞送的 AI 驅(qū)動微型機器人： AI 算法輔助微型機器人在動態(tài)環(huán)境中導航、定位、集群控制，實現(xiàn)復雜的靶向給藥任務。

IMDDD 的臨床應用

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、免疫檢查點抗體、CAR-T 細胞等）、生物電子介導的無線植入設備。

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、展開臂膠囊、RoboCap）、皮下生物電子植入物（通過電信號觸發(fā)工程細胞分泌胰島素）。

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），具有無痛、可室溫儲存、易于分發(fā)等優(yōu)勢。

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的藥物洗脫支架；用于傷口管理的智能敷料（實時監(jiān)測并釋放抗生素）；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)展正進入一個變革時代，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： 在復雜生物環(huán)境中保持結構完整性和功能耐久性，抵抗化學侵蝕和免疫排斥。

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： 需要嚴格的質(zhì)量控制、可擴展且具有成本效益的制造工藝。

未來發(fā)展方向包括：通過先進算法實現(xiàn)更精準的控制和個性化給藥；設備進一步微型化、集成化（整合實時監(jiān)測、自調(diào)節(jié)釋放機制）；利用天然生物分子提高生物相容性；發(fā)展AI驅(qū)動的智能制造以降低成本；以及建立全面的監(jiān)管框架。

結語

IMDDD 通過融合多種前沿技術，為實現(xiàn)個性化、互聯(lián)和自適應的精準醫(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