對(duì)于患有如心肌梗塞、嚴(yán)重低血糖等突發(fā)疾病或嚴(yán)重創(chuàng)傷的患者來說，如果不及時(shí)開展治療，患者面臨著極大的死亡風(fēng)險(xiǎn)，因此及時(shí)的給藥是非常重要的。然而，世界上仍有大量的死亡是由于患者身邊缺乏急救設(shè)備，或因病人無法呼救，或因交通擁擠、地理位置不便等原因?qū)е碌募本炔患皶r(shí)而造成的。
▲CTMA力分布圖以及將微針扎入皮膚的過程圖，比例尺(a)1 cm；(b)500μm；(c)1.2 cm（圖片來源：參考資料[1]）
▲雙模式微針貼片相關(guān)表征及與微針貼片整合的uFAST在低血糖小豬的體內(nèi)急救結(jié)果，比例尺：500μm（圖片來源：參考資料[1]）
基于此，浙江大學(xué)藥學(xué)院、金華研究院顧臻/俞計(jì)成團(tuán)隊(duì)聯(lián)合浙江大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院陸豪健團(tuán)隊(duì)交叉創(chuàng)新，發(fā)明了一種基于無人機(jī)的靶向遞藥急救系統(tǒng)【Unmanned aerial vehicle(UAV)-mediated first aid system for targeted delivery，uFAST】，豐富了在無人機(jī)在急救領(lǐng)域的應(yīng)用，具有廣闊的臨床應(yīng)用場(chǎng)景。相關(guān)工作以“Unmanned Aerial Vehicle-Mediated Drug Delivery for First Aid”為題在線發(fā)表于Advanced Materials上，論文第一作者是浙江大學(xué)藥學(xué)院博士研究生盛濤和浙江大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院碩士研究生金銳。
“我們團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一個(gè)由無人機(jī)、投擲給藥裝置和含有緊急治療藥物的微針貼片組成的用于急救的無人機(jī)輔助自主給藥系統(tǒng)。其中，無人機(jī)可以全自主完成急救信號(hào)的接收、急救目標(biāo)的識(shí)別定位以及安全無碰軌跡的生成；投擲給藥裝置可以實(shí)現(xiàn)自主給藥，在沒有額外協(xié)助的情況下提供急救；微針貼片為急救病人提供了快速起效的智能藥物遞送。”顧臻教授介紹了這套可以飛行的遞藥系統(tǒng)。
uFAST系統(tǒng)由無人機(jī)、給藥裝置和含有急救藥物的透皮微針貼片組成，可以實(shí)現(xiàn)自主的緊急治療。無人機(jī)可以通過急救信號(hào)和患者的定位信息啟動(dòng)，并完成應(yīng)急信號(hào)的接收、生成前往目標(biāo)地點(diǎn)的路線、避障和目標(biāo)識(shí)別等功能。在這個(gè)系統(tǒng)中，該團(tuán)隊(duì)利用微針貼片作為急救制劑，這是因?yàn)槲⑨樖且环N方便、安全和高效的給藥途徑。
“為了使微針貼片能夠在無人機(jī)的作用下實(shí)現(xiàn)給藥，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種接觸式觸發(fā)的微針投擲給藥裝置（Contact-triggered microneedle applicator,CTMA），以便在接觸皮膚時(shí)提供足夠的動(dòng)力來將微針刺入皮膚。當(dāng)無人機(jī)搜索和識(shí)別病人后，可在適當(dāng)?shù)母叨葢彝＃S后釋放CTMA投擲給藥裝置，將負(fù)載藥物的微針插入皮膚，實(shí)現(xiàn)急救。”陸豪健博士解釋道。
CTMA投擲給藥裝置主要由觸發(fā)元件（觸發(fā)器）和儲(chǔ)能元件（彈簧）組成，當(dāng)CTMA底部的觸發(fā)器接觸到皮膚表面時(shí)，彈簧可以釋放出足夠的能量來使附著的微針插入至皮膚中。“相比于手動(dòng)給藥，CTMA提供的推力更加均勻，更利于微針貼片扎入皮膚。”俞計(jì)成博士解釋道。
▲CTMA力分布圖以及將微針扎入皮膚的過程圖，比例尺(a)1 cm；(b)500μm；(c)1.2 cm（圖片來源：參考資料[1]）
該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步驗(yàn)證了uFAST在嚴(yán)重低血糖疾病模型中急救的可行性。嚴(yán)重的低血糖會(huì)導(dǎo)致突然暈倒或在夜間睡眠時(shí)發(fā)生，而糖尿病患者的連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)警示低血糖，因此可以作為應(yīng)急信號(hào)，與uFAST配對(duì)，及時(shí)給予升糖藥（胰高血糖素）。
為了確保胰高血糖素的準(zhǔn)確劑量，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種雙模式微針貼片，以實(shí)現(xiàn)胰高血糖素基礎(chǔ)劑量的即時(shí)釋放以及后續(xù)劑量的葡萄糖依賴性持續(xù)釋放。在胰島素過量引起的低血糖糖尿病小豬模型中，他們證實(shí)與微針貼片整合的uFAST可以有效降低嚴(yán)重低血糖的風(fēng)險(xiǎn)。
▲雙模式微針貼片相關(guān)表征及與微針貼片整合的uFAST在低血糖小豬的體內(nèi)急救結(jié)果，比例尺：500μm（圖片來源：參考資料[1]）
實(shí)驗(yàn)表明，CTMA可以提供均勻和足夠強(qiáng)大的推力，使微針有效地插入皮膚。此外，具有雙模式的微針貼片不僅可以在第一時(shí)間提供基礎(chǔ)劑量的急救藥物，還可以支持后續(xù)的葡萄糖依賴劑量，以防止?jié)撛诘倪^量副作用。“體內(nèi)研究證實(shí)，uFAST在低血糖小豬模型中成功實(shí)施了自主急救，有效防止了血糖的持續(xù)下降，并促進(jìn)其上升到正常范圍。”盛濤解釋道。
研究人員指出，此項(xiàng)發(fā)明是一個(gè)平臺(tái)技術(shù)，一些可穿戴的生理監(jiān)測(cè)設(shè)備、先進(jìn)的檢測(cè)或分析系統(tǒng)、新型的給藥方式及給藥設(shè)備都可以與uFAST系統(tǒng)整合，以進(jìn)一步擴(kuò)展無人機(jī)介導(dǎo)的藥物急救的應(yīng)用場(chǎng)景與前景。
參考資料：
[1]Sheng,T.,Jin,R.,Yang,C.,Qiu,K.,Wang,M.,Shi,J.,Zhang,J.,Gao,Y.,Wu,Q.,Zhou,X.,Wang,H.,Zhang,J.,Fang,Q.,Pan,N.,Xue,Y.,Wang,Y.,Xiong,R.,Gao,F.,Zhang,Y.,Lu,H.,Yu,J.and Gu,Z.(2022),Unmanned Aerial Vehicle-Mediated Drug Delivery for First Aid.Adv.Mater.https://doi.org/10.1002/adma.202208648
