在胃肠道疾病研究领域，精准药物递送和无创治疗一直是科学家们不断追求的目标。近日,一项发表在《Journal of Controlled Release》杂志上的创新研究为我们带来了新的希望。该研究团队开发了一种新型磁控药物递送胶囊内窥镜（MDCE）,通过人工智能辅助的磁控技术，MDCE能够将类器官精准递送到病变部位,从而促进组织再生和黏膜修复。这一创新技术不仅为胃肠道疾病的治疗提供了新思路，还为再生医学的发展开辟了新道路。让我们一起深入了解这项研究的核心发现及其对未来医疗的深远影响吧！

胃肠道疾病是全球范围内常见的健康问题，传统治疗往往因侵入性强或药物释放不精准导致治疗受限。近年来，胶囊内窥镜技术作为一种非侵入性的胃肠道检查手段，已广泛应用于临床。类器官技术的发展也为组织修复和再生医学带来了新的希望。因此，研究者们试图将能精准靶向病变部位的药物递送系统与胶囊内窥镜相结合，并联合类器官技术，通过直接可视化和磁控技术实现胃肠道损伤的精准修复，提高胃肠道疾病治疗效果、减少患者痛苦。 

本研究旨在开发一种新型磁控药物递送胶囊内窥镜（MDCE），通过整合磁控技术、人工智能辅助诊断系统以及主动药物递送系统,实现对胃肠道病变部位的精准药物递送和类器官移植。

3.1 MDCE可通过直接可视化精准递送药物（体外研究）

磁控药物递送胶囊内窥镜（MDCE）的整体设计如图1A-D所示。通过体外模型对MDCE的药物递送系统的可行性进行测试。首先,MDCE展示出在肠道内由外部磁场控制的灵活运动能力。其次,当胶囊到达指定位置时，能够旋转使其喷口对准目标区域。随后，在外部递送指令触发后，胶囊通过喷口递送药物。此外，还可以终止递送过程，调整胶囊内窥镜的姿态和方向，然后重新启动递送过程。

图1

3.2 MDCE可利用基于CNN的辅助诊断模型检测肠道疾病

本研究使用了之前基于5000名接受小肠胶囊内窥镜检查的患者图像训练的CNN（卷积神经网络）辅助诊断模型。该模型能够检测人类小肠的异常图像,包括炎症、溃疡和出血性病变。由于广西巴马小型猪（GBM猪）的肠道黏膜解剖结构与人类相似，在本研究中使用该模型解读GBM猪小肠黏膜的图像（图2A-J）。为评估该模型对猪的适用性，在猪的小肠中诱导了溃疡和炎症病变，并拍摄了50张胶囊内窥镜图像，其中包括40张异常图像和10张正常图像。结果显示,基于人类小肠数据训练的AI模型能够准确识别猪的异常肠道黏膜，准确率达到100%（图2K）。这些结果表明，该模型在检测人类和猪肠道异常方面具有潜在的应用价值。

图2

3.3 MDCE可通过直接可视化在AI模型基础上精准递送药物（体内实验）

为进一步研究MDCE的药物释放能力,在患有小肠溃疡模型（通过内窥镜活检钳诱导）的幼年雄性GBM猪中进行了体内实验。首先,MDCE通过其AI识别系统成功识别出溃疡病变。其次，MDCE展示出在肠道内通过外部磁场控制的灵活运动能力。当胶囊到达病变部位时，能够旋转其喷口对准病变区域。随后，在外部递送指令触发后，胶囊通过喷口释放药物（0.05%结晶紫）。此外，还可以终止药物释放过程，调整MDCE的姿态和方向，然后重新启动释放过程。整个药物释放过程通过MDCE的外部和内部视图进行记录，相关图像展示如图3A所示。这些结果表明，MDCE能够在AI模型的辅助下，通过直接可视化精准地将药物递送至病变部位，为胃肠道疾病的精准治疗提供有力支持。

图3A

3.4 MDCE可通过直接可视化精准递送去甲肾上腺素以止血（体内实验）

为进一步评估MDCE的治疗能力，使用活检钳在GBM猪的直肠诱导了新鲜出血性病变。在治疗组中，MDCE在病变建立后立即将8%的去甲肾上腺素喷洒到病变部位，而对照组未进行任何治疗。在出血开始时和480秒后分别拍摄了内窥镜图像（图3B）。记录了包括病变直径、出血时间和480秒内的止血效率等参数。结果显示，对照组和治疗组之间的病变直径没有显著差异。但喷洒去甲肾上腺素后，出血时间显著缩短（731秒 vs. 418秒），并且在最初的480秒内，治疗组的止血效率显著高于对照组（70% vs. 20%）（图3C）。这些结果提示MDCE对肠出血模型具有有效的治疗能力。

图3B-C

3.5 MDCE可通过直接可视化精准递送小肠类器官以修复小肠黏膜损伤

小肠类器官是研究肠道干细胞的基础体外工具，也可用于体内移植探索干细胞的潜力，并作为疾病建模和再生医学的临床前工具。然而，目前的研究多集中在小鼠模型上，缺乏大型动物模型以及有效的精准移植策略。本研究详细描述了如何通过MDCE将小肠类器官移植到受体猪受损的小肠黏膜中。首先，从GBM猪中提取小肠类器官，每日观察其生长和形态（图4A）。这些小肠类器官对Lgr5和Olfm4表达呈阳性，这两种标志物是干细胞的特征性标记。此外，类器官中还存在Ki67+细胞（增殖细胞标记）、E-cadherin+上皮细胞、Mucin 2+杯状细胞和Chromogranin A+肠内分泌细胞（图4B）。这些结果表明，MDCE能够精准递送具有多种细胞类型的小肠类器官，为小肠黏膜损伤的修复提供了新的策略和方法。然后，使用水溶性量子点对类器官进行染色。在确认染色成功（红色荧光）后，通过MDCE将染色后的类器官直接喷洒到肠道黏膜损伤部位，并通过MDCE的外部和内部视图记录了整个过程。

图4

为进一步验证小肠类器官对肠道黏膜损伤的修复效果，在移植后第7天使用荧光显微镜观察小肠黏膜（图5A）。移植后第7天，受体肠道显示出不同程度的恢复。在治疗组的小肠中，多个红色荧光标记区域呈现出清晰的斑块（图5B）。在未用EDTA处理的小肠中，未观察到任何红色荧光标记区域。组织学检查显示，红色荧光标记的细胞位于受损的受体组织中（图5C）。进一步评估损伤面积的恢复情况，与移植后第1天相比，第7天的损伤面积显著减少，且移植组的减少幅度比对照组更为显著（99 mm² vs. 48 mm² vs. 21 mm²）（图5D）。

图5

观察建模当天及通过MDCE移植类器官后7天的肠道组织病理变化。组织学结果显示，上皮层大部分被剥离，仅留下少量分散的上皮成分，而底层组织几乎保持完整（图6A）。此后不久，上皮修复迅速发生，并在通过MDCE移植类器官后的7天内几乎完成修复。此外，对损伤进行病理评分（Chiu损伤评分）发现，与建模后第1天相比，第7天的损伤评分显著降低，且移植组的损伤评分降低幅度比对照组更为显著（4 vs. 3 vs. 1.7）（图6B）。这些结果表明，MDCE能够通过直接可视化精准移植肠类器官，从而修复肠黏膜损伤。

图6

本研究成功开发了一种新型磁控药物递送胶囊内窥镜MDCE,通过整合磁控技术、人工智能辅助诊断系统以及主动药物递送系统，实现了对胃肠道病变部位的精准药物递送和类器官移植。在动物模型中，MDCE通过递送肠道类器官显著促进了小肠黏膜损伤的修复，并通过喷洒去甲肾上腺素显著缩短了肠道出血时间，展现出良好的治疗效果。这一创新技术不仅为胃肠道疾病的精准治疗提供了新策略，还为系统性疾病的口服药物递送开辟了新路径。

参考文献

Wang W, Zhang K, Ming F, Chen B, Zhang H, Wang Z, Jiang X, Zhang H, Shang G, Bao Y, Peng H, Liu S, Ling X, Li W, Zhu H, Zhang Y, Cai S, Ding Z, Lin R. A novel scheme for non-invasive drug delivery with a magnetically controlled drug delivering capsule endoscope. J Control Release. 2025 Feb 381:113591. doi: 10.1016/j.jconrel.2025.113591. Epub ahead of print. PMID: 40024342.