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 對藥物而言，從藥罐子來到身體疼痛或發炎的部位，可真是一條漫漫長路。藥物一吞入口，就必須穿越重重迷宮。藥物必須先經過胃，安然到達腸道後，才能經由腸壁進入血液。進入血液之後，還要通過肝臟的考驗才能到達全身各處。每到一個「關卡」，藥物就必須抵抗消化液的酸侵蝕，或必須穿越膜障礙，或必須避開專門將藥物砍成無用碎片的酵素。
製藥人員雖然已經為市場上的某些藥物想出各種方法，協助它們超越這些障礙，但對許多其他的藥物而言，這些方法還是無濟於事。譬如其中有一種方法，是將藥物裹上一層不畏胃液、卻可以輕易溶解於小腸較鹼環境的包覆層。但如果藥物是蛋白質類的物質（就像是利用生物技術製造的多數藥物），就還得躲過「蛋白 」這種蛋白質分解酵素的攻擊。為藥物配備保鏢（上述例子的保鏢分子稱為「蛋白抑制劑」），雖然可以讓蛋白質藥物保存下來，但卻無法幫助藥物穿過腸壁，因為這些分子太大，無法像一般小分子藥物那般輕易進入血液，而且包覆層對藥物動力學（藥物進入血液的速率以及停留在身體組織與器官的時間）的控制能力也相當有限。藥物如果太快進入血液，使得血中的藥物濃度太高或是藥物停留時間太久，就會造成毒性。相反的，藥物釋出如果太慢，就無法及時進入血液，也可能會變得無效。
注射藥物雖可以避開胃腸道的障礙，但不難想像，許多病患是不會願意一直打針或天天拜訪醫師的。科學家因此想到一個更好的方法。過去20年來，另類投藥系統的設計已經如雨後春筍般出現：貼片、植入式、長效型注射、局部凝膠、可控釋放式藥丸，還有以鼻肺噴劑出售的藥物，在美國每年已銷售超過了200億美元。最引人注意的是美國食品及藥物管理局最近核准的兩種藥：Nutropin Depot與Gliadel。Nutropin Depot是一種由可分解聚合物製成的微顆粒，內含人類生長激素，每注射一次，可持續釋出生長激素達四個星期之久；Gliadel則是一種植入腦部的晶片，可以直接投送化療藥物到腦瘤部位。還有一種則是表面塗有聚合物、可釋出藥物的移植模，利用血管造形術清除血栓之後，這種移植模在維持血管暢通的療效上，截至目前為止十分良好；此移植模已在歐洲核准上市，美國不久也將跟進。
的確，科學家幾乎已經探索了身體每一個可以做為投藥門路的部位，包括皮膚、鼻子、肺臟以及腸道。在這個過程當中，他們利用非侵入式設計來投送複雜的分子，像是利用超音波以無痛的方式將藥物轟進皮膚。他們也結合奈米科技與顯微合成技術，製造了植入式微晶片，使其能定時定量投藥。
 策略1︰穿越腸道
障礙：消化酸液與酵素會在藥物到達目的地之前，就將藥物分解；藥物要穿過腸壁也有困難。
解決之道：（a）為藥物包覆上一層生物黏著聚合物，以幫助藥物結合到腸壁上並擠進細胞間隙，如右圖左；（b）將藥物鏈上導引分子，專門針對腸細胞表面的受體，以方便藥物被腸細胞吸收，如右圖中；（c）讓藥物附著到可以將藥物帶進細胞的攜帶分子，如右圖右。
從事這方面研究的公司：
生技澳洲公司（Biotech Australia）位於澳洲新南威爾斯的羅瑟維市
艾米球科技公司（Emisphere Technologies）位於美國紐約州塔利鎮
策略2︰透進皮膚
障礙：堅韌的角質層（皮膚的外層）會阻礙藥物的進入；大分子藥物也難以穿越表皮進入真皮層的血管。
解決之道：電離子透入法（如圖）利用無痛的電脈衝讓皮膚變得可以通透；超音波則是利用音波將角質層打出暫時的微小孔洞。
從事這方面研究的公司：
ALZA公司位於美國加州山景城
音超醫學公司（Sontra Medical）位於美國麻州劍橋
 微特瑞斯公司（Vyteris）位於美國紐約
州費朗市
策略3︰深入肺臟
障礙：藥物必須能穿過肺泡；還得避開免疫系統中巨噬細胞的破壞。
解決之道：形成最適大小的噴霧顆粒（液態或粉末），以利深入肺臟；防止噴霧顆粒互相黏聚，以利微霧的形成。
從事這方面研究的公司：
奧克美斯公司（Alkermes）位於美國麻
州劍橋
阿拉迪金公司（Aradigm）位於美國加州
海瓦德
內克塔治療公司（Nektar Therapeutics）原名吸入治療系統公司（Inhale Therapeutic Systems），位於美國加州聖卡洛斯
 策略4︰可控投藥
障礙：必須讓藥物維持在希望的治療濃度，同時也得避免給藥太過頻繁。
解決之道：植入式微晶片，含覆蓋金箔的貯藥凹槽，金箔可以在適當時機通電熔化，以釋出藥物。
從事這方面研究的公司：
晶片處方公司（ChipRx）位於美國肯塔基州列星頓市
微晶片公司（MicroCHIPS）位於美國麻州貝德福市
策略5︰投送基因
要進行基因療法？那可得先想辦法把外來基因物質送入體細胞內。
美國加州聖地牙哥沙克生物研究院著名的生物學家韋瑪（Inder M. Verma）曾經說過，基因療法有三大挑戰：投送、投送、還是投送。要將外來的基因送進體內，科學家必先將對應的DNA壓縮成細胞可以吸收的小包裝（例如：嵌入質體中）。但這還不夠，還必須要保護此基因免受細胞酵素的破壞，等送進細胞核後，還得以有活性的形式釋放出來。多年來，科學家都是利用病毒做為載體（也就是將基因偷渡進細胞的「特洛伊木馬」）。但即使是殘缺的病毒，也還是帶有風險，1999年基因療法人體實驗志願者基爾辛格的死亡悲劇，正說明了這一點。
研究人員一方面努力了解並降低基因療法所用病毒載體的風險，一方面利用聚合物或脂質，設計可以用來投送基因的另類方法（例如：把質體包埋在聚合物內）。美國加州理工學院的戴維斯（Mark E. Davis）發展了一種有趣的方法，他利用的是β-環糊精（CD）的陽離子聚合物。
戴維斯會選擇CD，是因為這類物質相對而言沒有毒性，不會引發免疫反應，而且可溶於水。他原本只打算將基因療法所需的DNA包裝在奈米大小的CD顆粒裡，後來卻發現，這種單純的組合在進入動物體內後並不穩定。所以，戴維斯及研究生黃淑靜想到了一個改變CD顆粒表面的方法，他們在CD表面加上連接有金剛烷的聚乙二醇。這種表面修飾，可製造出大小均勻的CD與DNA奈米顆粒，不會與血漿裡的蛋白質凝聚在一起而喪失功能。
以聚乙二醇化合物來裝飾CD顆粒表面，也為戴維斯與黃淑靜提供了「化學鉤子」，用來鉤上可引領CD顆粒或投送基因到特定細胞的其他物質。美國加州帕沙第納的「嵌入療法公司」（由戴維斯所創立，黃淑靜現在正在這兒工作）目前在測試這些導引化合物，看看是否能夠協助治療各種癌症與肝臟疾病。
美國威斯康辛大學麥迪遜分校的林恩（David M. Lynn），也正在研發特殊聚合物以供基因療法載體之用。林恩曾在麻省理工學院我的實驗室當博士後研究員，他合成過許多組（或庫）可生物分解的聚胺酯類陽離子聚合物。連同我的另一個博士後研究員安德森，以及現於康乃爾大學的帕特南（David Putnam），林恩已經製造出好幾百個這樣的聚合物；同時還根據其結合DNA的能力、溶解於血漿的程度以及進入細胞並將基因轉植的能力，設計了可以找出最佳聚合物的篩選方法。利用這種方法，科學家已經找到幾個聚合物，比一般常用的非病毒載體lipofectamine與polyethylenimine，能更有效地將基因植入細胞。
美國加州大學舊金山分校的學者科恩（Fred E. Cohen）也是利用這種聚合物庫的方法。科恩與加州艾麥里維「開隆公司」的朱克曼（Ronald Zuckerman）合作，合成出了一種胜?衍生物，稱為peptoid，其專業名稱叫「甘胺酸胺基取代的陽離子寡聚合物」。這種聚合物可以將DNA壓縮成50~100奈米的大小，故能將基因植入細胞。
根據美國猶他大學金盛萬（音譯）的說法，脂質也可以有效應用於基因療法的基因投送。金盛萬把要投送的特定基因，包裝在一層硬脂聚離胺酸之中，然後再裹上一層低密度脂蛋白。在實驗兔子身上，金盛萬與合作夥伴利用這個系統，把會轉譯成血管內皮細胞生長因子（VGEF）的基因，投送到因為缺氧受損的心臟細胞（這種現象稱為局部缺血，血管阻塞的時候就可能發生）。金盛萬打算明年在患有缺血性心臟病的患者身上測試這種方法，他們希望引進心臟細胞的VEGF基因會刺激新血管的生長，以攜帶氧氣與養份到心肌缺血的地方。
【本文轉載自《科學人雜誌》2003年5月號】
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