Squid-inspired pills squirt drugs straight into your gut
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欢迎回到《自然播客》。本周，我们将介绍一种受鱿鱼启发的药物递送系统。以及分解“永久性化学物质”的新方法。我是本杰明·汤普森。我是艾米丽·贝茨。

研究人员开发了一种受鱿鱼启发的装置，可以将微小的药物喷射直接喷射到肠道或胃的内壁。现在，这听起来可能是一种将药物送入体内的奇怪方法，但最近的一项研究表明，大多数人更愿意吞服药丸，而不是进行针剂注射，这是输送治疗剂最常见的方法。

但在某些情况下，许多药丸会在到达目的地之前分解，从而限制其有效性。例如，胰岛素就是这样。在这种情况下，可吞服的装置可能是更有效地输送药物的解决方案。但是，到目前为止，许多已设计的装置也使用针头，尽管是微小的针头。而这仍然需要小心处理，

在另一端。为了克服诸如此类的问题，一个团队研究了鱿鱼如何喷射墨汁，并以此设计了一种新型的可吞服装置，该装置可在胃肠道中发挥作用。记者尼克·珀特里乔夫采访了该团队成员之一乔瓦尼·特拉弗索，他阐述了该团队为了实现其喷射理念而需要弄清楚的内容。我们所做的一部分工作实际上是定义了

需要施加多少力才能使喷射穿过组织，而不仅仅是穿过组织的初始部分。我们想了解胃肠道的每个部分是如何工作的，

究竟需要多少压力才能将一定量的药物沉积在组织表面之下。我们称之为粘膜下层，或者需要多少压力才能完全穿过，然后利用这些信息来真正地告知我们将放入胶囊中的内容，例如

我们需要产生多少压力，需要产生什么样的喷射才能将药物沉积在粘膜下空间或那种隔室中，以真正发挥最大的作用，而不会完全穿过组织。所以你找到了在胃肠道的不同部位进入组织所需的压力。

但我对这篇论文的另一个让我很感兴趣的部分是，你从头足类动物（例如鱿鱼和章鱼）那里获得了灵感。这里的想法是什么？我认为这里需要理解的一个重要方面是，胃肠道由许多部分组成，包括食道、胃、

肠等。当我们开始考虑如何与之互动时，每个部分都有其独特的挑战。因此，我们认识到头足类动物能够通过基本上以某种方式引导这些喷射来向各个方向移动。因此，我们所说的喷射元件实际上是一系列装置。例如，当你的装置落在胃里时，它就可以从下面喷射，

进入胃部。但如果该装置沿食道向下移动，则可能更难以接触到组织的侧面。因此，我们还开发了可以

基本上可以向侧面喷射的装置。同样，类似于头足类动物能够通过改变喷射方向来引导自身的方式。它如何知道向哪个方向发射？或者这只是你一开始放入设备中的一个方面？就像，好吧，这个要进入胃部，所以它会向下射击。或者这个要进入食道，所以它会向侧面射击。因此，它是在设备级别预先确定的。因此，该设备可以自行定向

正是这种自我定向确保了喷射端与组织直接接触。你如何确保喷射在正确的位置发射？是什么激活它并启动喷射？在该系列装置中，有两种形式或类型。其中一种是自立式系统，你可以吞服胶囊。

另一种有一个侧端口，用于肠道。然后我们还开发了可以与内窥镜连接的系统。因此，如果有人正在接受或正在进行内窥镜检查，那么我们现在有了一种方法可以使用这些工具输送喷射。因此，对于那些系留的装置，它是外部触发的。

在外部，对于那些自立式装置，有几个选择。我们可以使用定时触发器，你有一个胶囊，底部有一个小孔，喷射就是从那里出来的。基本上，你可以用不同的材料覆盖那个孔。这些材料可以……

以非常固定的时间尺度溶解，或者可以对环境敏感，例如酸性环境或非酸性环境。因此，然后你就可以开始梳理或实现输送，例如在胃部

或在小肠中，这取决于pH值。因此，你研究了几种不同的药物来尝试这种方法，包括猪和狗的胰岛素。这些分子有多少实际上到达了你想要它们到达的地方？我们发现，我们能够输送的胰岛素量与皮下或皮下注射相当，这是

通常由人们进行的。这非常令人放心。因此，我们证明了胰岛素的有效性。我们还证明了一种RNA分子的有效性。此外，我们还证明了一种GLP-1受体激动剂或类似物，这是一种与

我认为许多人现在已经熟悉的用于治疗肥胖症和糖尿病的药物类似的分子。你会说这相当有效吗？从成功的角度来看，我会说它不仅仅是相当有效。我认为，口服生物制剂（有时用于此类药物的术语）以及目前批准的产品，其比例仅为个位数百分比。

两位数的比例是我们通常在标准注射中看到的。因此，能够使用这样的装置来做到这一点，

这是口服给药的，我认为这真的很了不起。我认为这证明并展示了我们帮助患者接受药物的能力，以及通常大多数人更喜欢的新的途径。现在，论文中包含了一些视频，我已经看过。在其中一个视频中，你正在观察猪胃的内部。

其中一个装置在那里。然后它发射出它的喷射，并从它所在的地方飞走。所以我想知道，这是故意的吗？它们在发射时应该会反弹吗？或者这是你将来想要解决的问题吗？不，我认为有一个重要的下一步，那就是真正理解由喷射引起的某些运动是否会被这个人感知到。这是我们无法从人们那里获得的反馈

接受它们的猪和狗。我们还不知道。人们会感觉到它。如果他们确实感觉到了，它是否不舒服？它是否以任何方式令人烦恼？你还想说些什么来改进这些装置？因此，随着我们的继续，安全对我们至关重要。这项工作的一部分实际上是详细说明了喷射在大型哺乳动物胃肠道中的性能，我们通过这项研究已经相当彻底地完成了这项工作。但是

将这些发现转化为人类也将非常重要，以帮助确定安全参数以及人类的最佳压力。这就是其一。其二，制造和规模化始终是一个挑战。我的意思是，当然，在这里我们描述的是一个早期阶段的研究阶段，这是我们使用喷射以可吞服或系留的形式输送药物能力的临床前演示。

因此，考虑一下我们将如何从制造方面着手，然后再次考虑安全问题，但也要考虑这些装置输送具有非常高生物利用度的药物的能力方面的疗效。我还有一个问题，但这只是为了我自己。我只是很好奇。所以当你

受到头足类动物喷射系统的启发时。你是如何研究的呢？你看了头足类动物的视频吗？你在实验室里养过吗？你究竟在做什么来弄清楚它们的喷射是如何工作的？不，好问题。有人刚刚问我是否去过潜水探险度假，我希望是这样。不。所以……

在这个项目的早期阶段，我和一位研究生一起，实际上一直在研究其他几种生物，并研究它们的功能。

基本上具有用于类似应用的快速触发器，然后开始考虑将喷射作为一种输送方式。但与其说是我们目睹了，你知道，鱿鱼喷射墨汁，然后说，哦，你知道，为了透明起见，我认为这更像是并行进行的，我们开始考虑这样做的方式，然后转向自然界，说，让我们看看自然界是如何处理这些应用的。

或者它们是如何应用这种机制的。但我希望是在度假。那将很酷。是的，那将很酷。美国麻省理工学院的乔瓦尼·特拉弗索在那里。要阅读他的论文，请在节目说明中查找链接。接下来，我们将介绍两个化学家团队描述的分解所谓的“永久性化学物质”的新方法。现在，是时候介绍丹·福克斯带来的研究亮点部分了。♪

在过去的6500万年的大部分时间里，被称为“恐怖鸟”的重喙捕食者占据着食物链的顶端。现在，研究人员发现了一种可能是有史以来最大的恐怖鸟的化石。恐怖鸟的特点是身体细长，适应陆地奔跑，大多数都完全无法飞行。

研究人员在哥伦比亚的拉文塔遗址（南美洲最丰富的化石矿床之一）寻找新的恐怖鸟化石。他们发现了一块腿骨化石，在分析了碎片的大小、结构和凹槽后，将其归类为源自恐怖鸟的一个亚科。他们还能够估计这只鸟的体重为156公斤，大约与大熊猫相同。

使其成为有史以来发现的最大的恐怖鸟。你可以在《古生物学论文》中完整阅读这项研究。牙龈感染与早产风险增加有关。但马拉维的一项大型研究表明了一种降低这种风险的方法。嚼口香糖。

10000名参与者（大多数人在怀孕早期）参加了一项大型试验，研究了木糖醇口香糖对孕妇的影响。所有参与者都接受了口腔健康教育，4500名参与者还被指示每天嚼两次木糖醇口香糖。

在木糖醇口香糖组中，早产率（在怀孕37周前分娩）较低。作者说，嚼口香糖可能是一种具有成本效益的预防早产策略。在Med中仔细研究这项研究。本周，《自然》杂志上发表了两篇关于类似主题的论文，即开发分解所谓的“永久性化学物质”的新方法。

加入我一起讨论这些论文的是《自然》杂志的高级编辑布莱登·拉拜，他负责处理这些论文。布莱登，感谢你的到来。是的，很高兴来到这里。在我们进入研究之前，让我们先弄清楚一些定义。研究人员所说的“永久性化学物质”是什么意思？我的意思是，我猜线索就在名字里。是的，绝对的。因此，这些是在环境中长期存在的化学物质，因此得名“永久性化学物质”，这是因为它们含有一系列碳氟键，这是我们所知的化学中最强的键之一，因此很难分解这些物质，因此它们对于各种不同的应用都非常有用的分子，它们已被用于你的烹饪锅中，例如不粘涂层、消防泡沫等

但是当它们不再有用时，它们就会长期存在。这是一个大问题。显然，我们称它们为“永久性化学物质”，但它们确实有一个合适的……

科学名称，它被缩写为PFAS。没错。因此，PFAS代表全氟或多氟烷基物质。我们讨论的不仅仅是一种化合物。有超过10000种这样的分子。因此，正是这种碳氟键的强度赋予了这些分子其能力，但也随后成为一个问题。我的意思是，它们能否通过诸如回收之类的措施进行分解？我认为回收会相当困难。有一些方法可以分解它们。

但它们很少见。有些已被证明可以在规模上发挥作用。例如，如果你要取一些含有这些“永久性化学物质”的受污染土壤，你可以通过一种称为机械化学的过程来做到这一点，你基本上在一个大型反应器中将其研磨，并利用这种机械能来分解这些物质。这效果还可以。但除此之外……

有一些非常苛刻的条件用于做到这一点。很多时候，这些东西只是被焚烧，这并不是很有效，而且显然会消耗大量能量。因此，我们真的需要一些更好的方法来解决这个问题。这就是这两篇新论文的意义所在。因此，他们已经证明可以使用光活化催化剂在比过去使用的更温和的条件下分解某些类型的PFAS。

为什么这是研究人员一直在探索的途径？我们使用光来驱动催化作用的这个领域在过去10年或20年左右发展得非常好，并且已经显示出许多不同的应用。在这里，我们可以使用这种自然光能，我们将光吸收进入催化剂，并利用你吸收的能量来打破一些键，

现在，发表这些论文的实验室已经证明，我们可以对碳氟键做类似的事情。那么，让我们谈谈那些论文吧。因此，在打破这种碳氟键方面，它们采用了略微不同的方法。现在，张等人发表的论文中的反应最终得到了一种PFAS分子，它被分解成其组成部分。刘等人发表的另一篇论文基本上使分子保持完整，

但用氢原子代替氟原子。是的，因此，这些研究报告的实质上是这些具有极强还原电位的轻驱动催化剂。这意味着它们可以吸收这种光能并将这种能量传递到PFAS，传递到碳氟键中。

正在传递的电子使该分子能够分解，因为它现在突然有了更多的能量。在一个例子中，它被还原，并且聚合物或全氟烷基物质的实际链被分解成无定形碳。它基本上是一种类似于木炭的物质。该论文还将氟化物作为反应的副产物，这可能对氟工业（一个大型化工产业）有用。

在另一篇论文中，他们基本上用碳氢键代替碳氟键。现在我们谈论的是你在任何化学实验室中都能找到的标准有机分子，它们更容易分解，而且也不具备我们所知的PFAS所具有的相同的环境持久性问题和毒性。我认为这篇年轻的论文中有趣的是，你说一些分解产物可以用于氟工业。而且似乎其中一种产品是牙膏中的活性成分。

是的，这实际上是这项工作的一个有趣的方面，因为目前氟工业使用一种非常酸性的化学物质HF来生产氟化物，而HF具有极强的毒性。

因此，例如，有一种替代方法可以做到这一点，这篇论文实际上可能解决的问题不止一个。至于这些方法与现有方法相比如何，那么让我们谈谈所涉及的一些条件，因为不需要大量的热量，但你需要光。实际上，这两种方法的操作方式是我所说的非常温和的条件。因此，其中一种是在室温下运行。另一种是在大约40到60度下运行。因此，这些条件确实很温和。

例如，与你可能需要投入的其他方法相比，所需的能量要少得多。我认为它们仍然是我所说的相当学术性的。这些仍然是在有机溶剂中进行的反应。因此，虽然它们使用的能量很少，但显然还需要做大量工作来开发这些催化剂，以便它们在现实世界中和规模化地发挥作用。

然而，我想说的是，这两项研究都谈论了很多，并且展示了大量关于催化剂开发的工作。因此，可以想象，你可以利用这些信息来构建和开发更实用的催化剂。例如，在受污染的土壤或废水中发挥作用，在这种情况下，你只需要将阳光照射到废水中。催化剂就在该系统中，它与这篇论文中的作用完全相同。

因此，这很有趣。因此，这些不一定能解决这个问题，但它们表明这是一条可以稍后通过进一步的化学发展来采取的途径。绝对的，是的。这些研究中还有很多基础工作要做。我认为这些实际上只是为了表明这是可能的。

即使有类似功能强大的光驱动催化剂，也没有一种被证明能够实现这种反应，即打破这些PFAS碳氟键。作为一名编辑，你看到了这些论文的哪些内容引起了你的兴趣？因此，我认为除了在分解PFAS方面的应用进展之外，

还有一个关键的机制组成部分，即这些催化剂的工作原理，这对于论文的进展至关重要，因为其他研究人员将能够以此为基础来改进这些系统，例如，使它们更具实用性、水溶性、更长的耐用性，所有这些都是我们实际使用这种方法来解决环境问题所需要的。因此，你将这项工作描述为

显然，在产量等方面，它们并非在所有情况下都完美无缺。但是，PFAS也是一个相当广泛的领域。

我认为其中一篇论文表明它可以分解一种PFAS的粉末形式，但当它以固体形式存在时，例如你可能在煎锅中发现的那样，这更具挑战性。是的，绝对的。需要克服许多挑战，才能将这项研究转化为更广泛适用的东西。但我认为我们现在需要这些巧妙的解决方案。

尝试解决这个问题，因为它影响范围如此之广。关于这个问题的重要性及其成本，已经有很多新闻报道。因此，我们确实需要，除了现在立即的解决方案之外，我们还需要在10年或20年后有效的解决方案，因为这些化合物仍在排放到环境中，并且仍然没有分解。作为一名浸淫在化学领域的人，打破这种碳氟键似乎

一直难以破解。我的意思是，你认为更广泛的学科会怎么看待这个问题？是的，我希望他们会认为这是该领域长期发展的一个非常重要的应用，它表明光驱动催化剂可以分解PFAS或“永久性化学物质”等物质

是一个具有重要社会意义的应用。最终，这表明化学可以成为其自身创造的东西的解决方案。《自然》杂志的布莱登·拉拜在那里。你可以在节目说明中找到我们讨论的两篇论文和一篇相关的新闻与观点文章的链接。最后，在节目中，是时候进行简报聊天了，我们将讨论《自然简报》中重点介绍的几篇文章。

本，你这次读了什么？是的，我有一篇关于最新研究的文章，该研究考察了月球远侧的构成。现在，这是我在CNN网站上读到的一篇文章。自然网站上也有一篇文章，它基于《自然》和《科学》杂志上的论文。我说这是嫦娥六号是对的吗？是的，完全正确。这是中国嫦娥六号任务，今年早些时候，它从

月球远侧的一个巨大的撞击坑（称为南极-艾特肯-华莱士盆地）带回了不到两公斤的月球土壤。

现在，月球有点“两面派”，因为我们能看到的近侧和背向地球的远侧之间存在一些显著差异。它们之所以如此不同，一直是一个谜。因此，月球的近侧有这些相当广阔的固化岩浆池，好吗？现在，它们可能占近侧的30%左右。远侧，它们占

而远侧则布满了撞击坑。地形的差异、地壳厚度的差异等等。正如我所说，试图弄清楚原因一直不清楚。这就是这项研究的意义所在，它来自两个独立的团队。那么他们发现了什么？是的，他们一直在研究这些结构的碎片。

土壤样本。这是来自月球远侧的极其罕见的样本。他们一直在研究那里有什么，并使用两种铅之间的特殊同位素测年法对其进行测年。有点类似于我们上周讨论的内容。相似但不同。他们研究了玄武岩（这种火山岩），并将它的年代追溯到大约28亿年前。好的，这是由冷却岩浆形成的。而且

而28亿年，虽然这似乎是很久很久以前，但在时间尺度上实际上相当近。是吗？

是吗？是的，是的。因此，这与在月球近侧看到的火山活动非常不同，后者是使用从美国宇航局的阿波罗任务和俄罗斯的月球任务中采集的土壤样本进行测年的。这些样本被认为已有超过30亿年的历史，这使得28亿年前的结果更加近，这意味着月球可能比以前认为的更具火山活动性，并且更熔融，尤其是在远侧。这太迷人了。所以一边是

仍然有火山和爆炸，而另一边则已经平静下来？老实说，正如我稍后将解释的那样，情况变得相当复杂。这项研究中出现的一个谜团是，是什么驱动了这种远侧火山活动，好吗？因此，最新的样本，这些来自月球远侧的28亿年前的样本，它们并不是富含克里普的样本。

对不起，富含克里普。因此，克里普（K-R-E-E-P）代表钾。显然，K是它的化学元素。稀土元素和磷。现在，这一组东西，这种克里普具有放射性和产热性。人们认为这有助于解释地球上的火山活动。

月球，当然，在近侧样本中发现了相当富含克里普的样本，人们认为这种热量使岩浆流动，使火山活动持续发生。但在这里，我们有这种情况，在月球的远侧，

有火山活动的证据，但在贫克里普地区。那么是什么驱动火山成为火山呢？我认为答案目前是耸耸肩。太棒了。还有更多工作要做。好吧，事实证明，我们对我们最近的邻居知之甚少。例如，似乎

远侧的火山活动可能持续了很长时间，也许有15亿年，因为在分析的嫦娥六号样本中，有一个碎片的年代可追溯到42亿年前。据我了解，是……

富含克里普。因此，我们有很长一段时间，我们目前无法理解很多东西。我想，鉴于实际到达月球的任务数量，我们实际上并没有那么多关于月球的数据点。好吧，我认为这是一个公平的说法，我认为研究人员提出的关于月球形成方式以及月球活动的大部分内容都来自研究这些阿波罗样本。所以现在我们有了月球的另一面，

我认为，让情况更加复杂的是，嫦娥五号，这是中国之前的登月任务，发现了仅在 20 亿年前就存在近侧火山活动证据。因此，我认为这说明我们需要更多地了解不同地区的情况，才能真正理解月球的形成方式。希望这是围绕这些样本发表的众多论文中的第一篇。我的意思是，你可以想象。这些样本是在今年早些时候才返回地球的。

今年，很显然，它们非常非常珍贵，你知道，研究人员非常非常渴望得到它们，以了解月球的运行机制，我想是的，绝对的，我期待着，谢谢你，本，我会把它带回地球，对于这个，我一直在读关于西红柿的文章，正如引言所说，知识知道西红柿实际上是一种水果，智慧是不把它放在水果沙拉里，我认为是这样的

类似的。是的。这实际上是在谈论西红柿的甜度，或者更具体地说，是一种基因工程西红柿，又大又甜。

所以，通常情况下，如果你想到一个大的西红柿，你可能会从超市买的那种，你不会认为它们特别甜。它们往往会让人联想到更多水汪汪的形象，我会说。事实上，已经证明，西红柿长得越大，它与甜度越低在基因上相关。对。所以，另一方面，你想想樱桃西红柿，它们确实非常非常甜。所以，大概在两者之间有一个最佳点，可以这么说。较大的西红柿是怎么回事？

所以他们发现，通过基因选择这些较大的西红柿变种，它们比野生西红柿祖先大 100 倍。果实越大，赋予你那种自家种植西红柿味道的糖的比例就越低。研究人员将这些栽培西红柿品种的基因组与野生和更甜的品种进行了比较。他们发现，最佳点，可能是在两个基因上，每个基因都编码一种降解负责糖生产的酶的蛋白质。好的，所以大概通过减少活性或完全停止这些酶，你可以得到

更甜的西红柿。没错。这正是他们所做的。他们关闭了，他们使用 CRISPR 失活了这两个基因。他们发现，这些植物结出的果实更甜，但仍然一样大。事实上，与未经基因编辑的西红柿相比，这些果实中葡萄糖和果糖的含量增加了 30%。他们让人们尝试这些西红柿了吗？是的，他们让 100 名志愿者品尝了这些西红柿。

并且它们被认为比普通的西红柿明显更甜。好吧，那么我们就有这些经过基因改造的西红柿，它们更甜，而且可以

消费者喜欢吃。现在会发生什么？是的，它们不仅在你的三明治里味道更好，而且还有另一个好处。它可以减少准备其他来自这些西红柿的产品（例如番茄酱）所需的时间、精力和金钱，因为通常你需要去除水分以增加糖的比例。因此，这些实际上可以加快加工时间，提高效率，无论是在能源还是金钱方面。所以团队发现了这些干扰糖生产的蛋白质。

显然，你可以想到很多你可能想要更甜的不同类型的水果和蔬菜。你认为这对于其他东西来说可能吗？他们有没有说过什么？是的，它们存在于一系列植物物种中。所以这是他们将来要研究的事情之一。好吧，听众听不到我的肚子咕咕叫，但在他们听到之前，也许我们应该在本周的

简报聊天中结束它，听众们，更多关于这些故事以及你可以在哪里获得更多类似的故事直接发送到你的收件箱，请查看节目说明中的一些链接，本周就到这里，一如既往，你可以在 X 上与我们保持联系，我们在 nature podcast，或者你可以发送电子邮件到 [email protected]，我是 Emily Bates，我是 Benjamin Thompson，感谢收听

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