由西北大学共同领导的多机构科学家团队在植入式"活体药房"领域取得关键进展——这种微型设备含有经过基因工程改造的细胞，可持续在体内生产药物。在最新发表于《Device》期刊的研究中，团队成功使工程化细胞同时产出三种不同生物制剂：抗HIV抗体、用于治疗2型糖尿病的GLP-1类似肽以及调节食欲与代谢的瘦素激素。当植入小型动物模型皮下时，该设备维持了药物生产细胞的活性，并稳定输送全部三种疗法。
该系统名为HOBIT（混合供氧生物电子治疗系统），将工程化细胞与产氧生物电子设备集成。其体积约如折叠口香糖大小，在为细胞提供氧气和营养物质以维持数周活性的同时，还能屏蔽机体免疫系统攻击。未来若进一步完善，活体药房有望通过单一长效疗法治疗慢性病——使患者无需再携带、注射或记忆服药时间。
这项研究由西北大学、莱斯大学和卡内基梅隆大学联合主导。"本工作凸显了全集成生物混合平台治疗疾病的广阔潜力，"项目共同首席研究员、负责设备开发的西北大学乔纳森·里夫奈表示，"传统生物制剂半衰期差异大，维持多种疗法稳定水平颇具挑战。而我们的植入式'细胞工厂'持续生产这些生物制剂，结合供氧技术使细胞存活，从而同步维持多种治疗药物的稳定浓度。"
里夫奈现任西北大学麦考密克工程学院工程学杰罗姆·B·科恩教授、生物医学工程与材料科学教授，同时任职于合成生物学中心和奎里·辛普森再生工程研究所。他与莱斯大学的奥米德·维塞赫、卡内基梅隆大学的茨哈伊·科恩-卡尼共同领导该研究。
氧气破局
尽管植入式活体药房有望变革多种疾病治疗，但这些微型细胞工厂长期面临生物学障碍：氧气供应。当工程化细胞在植入体内后密集排列，会因争夺氧气而大量死亡，限制药物产量。
HOBIT系统通过开发原位产氧技术攻克此难题。该研究基于2023年《自然·通讯》发表的前期成果——里夫奈团队曾展示微型电化学设备通过分解水分子产氧。而新研究实现重大跨越：将供氧技术集成至完全可植入的无线系统，专为长期疗法设计。
HOBIT包含三大核心组件：容纳基因工程细胞的腔室、微型氧气发生器，以及调控产氧并与外部设备无线通信的电子元件与电池。由于设备直接在植入部位产氧，细胞可获得稳定供应，即便在低氧环境中亦然。"我们实现了细胞所需位置的精准供氧，"里夫奈解释道，"这使我们能在更小空间内支持更高细胞密度——HOBIT的细胞密度约为传统无供氧封装方法的六倍。"
延长细胞活性
为验证平台效能，研究人员设计细胞生产三种不同半衰期的生物制剂，并将设备植入大鼠皮下监测30天。供氧设备组的血液检测显示，三种生物制剂水平在整个研究期保持稳定；而无供氧设备组中，短半衰期生物制剂在第7天即无法检出，长半衰期分子亦持续衰减。
测试期结束时，供氧设备内约65%的细胞保持活性，对照设备仅20%。研究团队下一步计划在大型动物模型验证技术，并探索疾病特异性应用，包括胰腺细胞移植疗法。
"我们开始见证生物电子学与细胞疗法在单一平台的协同效应，"里夫奈展望道，"随着技术发展，此类设备有望成为体内的可编程药物工厂——以当今无法实现的方式递送复杂疗法。"
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