本文是專業(yè)學術(shù)論文解讀，不做醫(yī)療建議。

在慢性病領(lǐng)域，傳統(tǒng)藥物治療往往依賴患者按時服藥或注射。無論是糖尿病患者每日對血糖的嚴密監(jiān)控與胰島素注射，還是自身免疫性疾病患者定期接受的生物制劑治療，這種“被動式”的藥物補給不僅帶來了沉重的心理負擔，還常因藥物在體內(nèi)的“峰谷效應(yīng)”（濃度波動）導致療效不佳或產(chǎn)生副作用。

但如果能把產(chǎn)藥的工廠直接放進患者體內(nèi)，只需一次微創(chuàng)植入，一個比口香糖還小的裝置就能在皮下“安家”，里面的工程化細胞可以像活體工廠一樣，源源不斷地生產(chǎn)多種生物藥物，以穩(wěn)定的速率和濃度釋放數(shù)周甚至更久。這樣一來，依從性、藥物半衰期等問題就得到了解決。

3 月 27 日，西北大學（Northwestern University）、萊斯大學（Rice University）和卡內(nèi)基梅隆大學（Carnegie Mellon University）聯(lián)合組成的科研團隊宣布，他們研制出了一種名為“混合產(chǎn)氧生物電子植入式治療系統(tǒng)”（HOBIT）的微型裝置。

這種僅有折疊口香糖大小的“活體藥房”，能夠植入皮膚下，利用經(jīng)過基因工程改造的細胞與原位產(chǎn)氧生物電子技術(shù)相結(jié)合，成功在大鼠模型中實現(xiàn)了多種生物藥物的長期穩(wěn)定遞送，解決了“活體藥房”（living pharmacy）從概念走向臨床的關(guān)鍵應(yīng)用瓶頸。相關(guān)論文已發(fā)表在 Cell Press 旗下的《設(shè)備》（Device）雜志。

（來源：DOI: 10.1016/j.device.2026.101106）

活體藥房的核心挑戰(zhàn)：致命的“缺氧”瓶頸

“活體藥房”指的是，將能分泌治療性蛋白質(zhì)（生物制劑）的工程化細胞包裹在微型裝置中，再植入患者體內(nèi)。細胞就像一座座微型工廠，直接“按需生產(chǎn)”并釋放對應(yīng)藥物，從而省去了患者攜帶、注射藥物的麻煩，也不必通過設(shè)鬧鐘或由他人提醒自己服藥。

然而，這一構(gòu)想此前一直受制于一個頑固的生物學障礙，氧氣供應(yīng)。當大量的工程化細胞被高密度地壓縮在一個微小的植入裝置內(nèi)時，它們會劇烈競爭有限的氧氣。在含氧量本就較低的皮下環(huán)境中，這種競爭往往導致大量細胞死亡，從而限制藥物的產(chǎn)量和裝置的有效壽命。

西北大學生物醫(yī)學工程專家喬納森·里夫奈（Jonathan Rivnay）教授指出：“為了維持臨床相關(guān)的治療劑量，我們需要極高的細胞密度，但在這種密度下，細胞若沒有額外的氧氣供應(yīng)便無法存活。”

HOBIT 系統(tǒng)：原位產(chǎn)氧的生物電子學方案

為了解決缺氧難題，研究團隊開發(fā)了一套名為 HOBIT 的藥物遞送系統(tǒng)，其核心創(chuàng)新在于“原位產(chǎn)氧”技術(shù)。

HOBIT 裝置集成了三個關(guān)鍵組件，其中，細胞艙（Cell Chamber）用于容納經(jīng)過基因工程改造的藥物生產(chǎn)細胞，并保護它們免受宿主免疫系統(tǒng)的攻擊；此外還有關(guān)鍵的微型氧氣發(fā)生器，該裝置通過電化學方法電解周圍組織中的水分分子，將其分解產(chǎn)生氧氣，直接供應(yīng)給細胞。最后則是包含電池和調(diào)控電路的無線電子控制模塊，負責驅(qū)動產(chǎn)氧過程、調(diào)控氧氣釋放速率，還能與外部設(shè)備進行無線通信，實現(xiàn)藥物生產(chǎn)的可編程管理。

早在 2023 年發(fā)表于《自然-通訊》（Nature Communications）的一項研究中，研究團隊就證實，局部供氧可顯著提升植入細胞存活率。進一步集成無線全植入式架構(gòu)后，即使在低氧環(huán)境中，細胞也能獲得穩(wěn)定氧氣供應(yīng)。這種“邊生產(chǎn)邊供氧”的模式，讓 HOBIT 裝置內(nèi)的細胞密度達到了傳統(tǒng)無氧封裝方法的約 6 倍，極大提升了單位體積內(nèi)的載藥效能。

圖 | 克里斯·賴特（Chris Wright）和 HOBIT（來源：Jared Jones）

三藥齊發(fā)、邁向可編程的體內(nèi)細胞藥物工廠

為了測試 HOBIT 系統(tǒng)的廣譜適用性，研究團隊進一步利用合成生物學手段改造了細胞，使其能同時生產(chǎn)三種半衰期截然不同的生物制劑：用于抗病毒治療的抗 HIV 抗體、用于治療 2 型糖尿病的 GLP-1 類似物，以及一種調(diào)節(jié)食欲和代謝的激素瘦素（Leptin）。

在大鼠模型實驗中，研究人員將 HOBIT 裝置植入皮下，并進行了為期 30 天的監(jiān)測。結(jié)果顯示，在供氧狀態(tài)下，實驗結(jié)束時，約 65% 的細胞仍然存活；而在無供氧的對照組中，細胞存活率僅為 20%。HOBIT 裝置成功實現(xiàn)了免疫保護（屏蔽宿主免疫攻擊）與營養(yǎng)供應(yīng)的雙重功能。

血液監(jiān)測還證實，三種生物制劑在 30 天內(nèi)均保持了穩(wěn)定的治療濃度。相比之下，無供氧組中半衰期較短的藥物在第 7 天就已無法檢出，半衰期較長的分子濃度也持續(xù)下降。這一結(jié)果證明，HOBIT 系統(tǒng)能夠克服不同藥物代謝速度不一的難題，通過持續(xù)分泌維持血藥濃度的恒定。

綜上，HOBIT 系統(tǒng)成功解決了氧氣供應(yīng)問題，證明了多藥聯(lián)合遞送的可行性，還展示了生物電子學與細胞治療深度融合的巨大潛力。

里夫奈教授表示：“傳統(tǒng)的生物藥物往往具有截然不同的半衰期，維持多種療法的穩(wěn)定水平非常具有挑戰(zhàn)性。而我們的‘細胞工廠’可以持續(xù)生產(chǎn)這些生物制劑，并通過供氧技術(shù)保證其長效性?！?/p>

盡管成果顯著，HOBIT 仍處于早期研究階段。其長期安全性，例如電池壽命、氧氣產(chǎn)生對局部組織的影響、免疫相容性，以及如何精確調(diào)控多種藥物的劑量比例，都需要進一步驗證。未來若能實現(xiàn)遠程無線編程或響應(yīng)式給藥，如血糖升高時自動增加 GLP-1 釋放，其臨床價值將更加顯著。

下一步，研究團隊計劃在大型動物模型中測試該技術(shù)，并探索針對特定疾病的應(yīng)用，例如用于 1 型糖尿病胰島細胞移植后的維持治療。未來，這種裝置有望演變成一種可編程的體內(nèi)藥物工廠，通過外部指令調(diào)節(jié)藥物產(chǎn)量，甚至可為復雜慢性病提供目前臨床上無法實現(xiàn)的實時動態(tài)精準治療方案。

從“按時吃藥”到“植入即忘”，HOBIT 系統(tǒng)有望將“活體藥房”概念帶入現(xiàn)實應(yīng)用，為慢病患者提供“一勞永逸”的智慧醫(yī)療新選擇。

參考來源：

https://www.cell.com/device/abstract/S2666-9986(26)00058-X

https://www.eurekalert.org/news-releases/1121202

https://news.rice.edu/news/2026/solving-oxygen-problem-cell-based-drug-delivery

https://news.northwestern.edu/stories/2026/03/implantable-living-pharmacy-produces-multiple-drugs-inside-the-body

運營/排版：何晨龍

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