PILLSID——可吞服的机器人，无需外部针头输送胰岛素

想象一下货运火箭发射进入太空并与国际空间站对接的场景。火箭向空间站机动，并通过密封锁扣固定，以便转移补给物资。现在想象一下，这一过程缩小后发生在你的体内。 

意大利研究人员于2021年8月宣布，他们开发出一种机器人系统，能够完成此类有用的“配送”，并且完全在肠道内运行。该系统包括一个通过手术植入腹腔的胰岛素输送机器人，以及为设备补充胰岛素的可吞服胶囊。 

机器人开发者在三只患有糖尿病的猪身上测试了该系统。根据发表在Science Robotics上的结果，该系统在数小时内成功控制了猪的血糖水平。“想到体内有个对接站可能令人毛骨悚然，但它确实有效，”论文作者、比萨圣安娜高等研究院生物医学机器人与生物工程教授阿里安娜·门西亚西（Arianna Menciassi）表示。 

“在这项研究中，我们描述了PILLSID原型。设备的关键部件已在单独组件层面以及集成设备内部进行了临床前验证。我们证明，补充机制运行有效，并且可以在糖尿病猪身上安全地调节血糖水平。该机器人重165克，尺寸为78×63×35毫米，与商用植入式设备相当，同时解决了与储药罐补充和供电相关的紧迫关键问题”，研究材料中写道。 

在门西亚西团队的系统中，一台与翻盖手机大小相当的设备通过手术沿与小肠相连的大壁面植入。机器人将胰岛素输送到该空间的液体中。当储药罐中的药物耗尽时，装满胰岛素的磁性胶囊会移动过来进行补充。 

从理论上讲，人体的补充过程如下：患者像吞普通药片一样吞下胶囊，胶囊自然地通过消化系统移动，直到到达植入设备所在的小肠部位。植入体利用磁场吸引胶囊，使其旋转并固定在正确位置。随后，机器人用伸出的针头刺穿胶囊，并将胰岛素注入其储药罐。针头还必须刺穿一层薄薄的肠壁组织才能够到胶囊。 

植入体共包含四个执行器，分别负责对接、针头穿刺、储药罐容量与抽吸，以及一台泵。负责对接的电机旋转磁体，使胶囊就位。作者表示，该设计受到工业夹紧系统和管道检测机器人的启发。 

输送胰岛素后，植入体释放胶囊，使其自然通过消化道并排出体外。控制对接和释放胶囊的磁场通过外部编程设备以无线方式控制，可以开启或关闭。植入体的电池则借助外部设备以无线方式充电。 

这种输送系统可能对一型糖尿病患者有用，特别是那些需要每天多次注射胰岛素的人。胰岛素泵已在市场上销售，但它们需要外部设备，通过管路或插入体内的针头输送药物。也有可植入式胰岛素泵，但这些设备需要通过伸出体外的管路进行灌注，容易引发细菌感染，因此此类系统并未普及。 

门西亚西表示，完全可植入、由药片补充的系统将消除外露管路和外部设备的需要。作者称，这种机制也可用于其他疾病的药物输送，尤其是为卵巢癌、胰腺癌、胃癌和结肠癌患者进行化疗。 

作为下一步，作者正致力于更可靠地密封植入设备。“我们在一些猪身上观察到体液进入机器人内部，”门西亚西说。她表示，部分渗漏可能发生在对接期间，即针头从植入体中伸出时。之前团队在水中测试该设备时并未出现渗漏，但人体要复杂得多。 

开发可完全植入、替代或恢复生理功能的机器人，是医疗机器人领域的一大挑战。 

虽然意大利科学家的系统可能还需要一段时间才能进入医院，但能够从体内满足医疗需求的设备可能会越来越普及。例如，2016年，麻省理工学院展示了一种可从肠道内部收集物体的折纸机器人。