困在药瓶里：自动注射器如何让古老、廉价、救命的药物重获新生

在美国，超过150万人被处方使用肾上腺素自动注射器，例如EpiPen——一种用于注射单剂量肾上腺素的小型笔状注射器。人们随身携带它以备发生过敏性休克，这是一种对食物、药物、昆虫叮咬或其他物质的严重过敏反应，可能在几分钟内致命。然而，治疗过敏性休克已经变得非常简单：拿起一支EpiPen，取下笔帽，将其按压在大腿上并保持几秒钟即可。

使用这种注射笔无需任何准备。笔内隐藏着一根针头，可迅速插入肌肉，输送0.3毫克肾上腺素。肾上腺素会触发身体的“战斗或逃跑”反应，使血管收缩，心跳加快。几分钟内，血压下降的情况就会逆转，气道也会放松。患者即可恢复呼吸。任何人都可以自行使用，无需专业医护人员操作。

这是全新的技术。在医学史的大部分时期——时至今日，在世界许多地方仍然如此——治疗过敏性休克需要训练有素的医护人员在危及生命的紧急情况下，用稳定的双手小心翼翼地将药物从玻璃药瓶中抽取到注射器中，并确保剂量准确。自动注射器的出现，将这一复杂的操作简化为几乎任何人都能在几秒钟内为任何人完成的操作。这是医学工程领域的一项卓越成就。

但自动注射器的应用范围并不局限于过敏性休克。在发达国家，自动注射器以及类似技术（例如可重复使用的注射笔）越来越多地用于非紧急的慢性治疗，例如GLP-1类药物和自身免疫性疾病的治疗。这吸引了大量的商业投资，从而扩大了生产能力并降低了单位成本。

这种额外的规模可以让我们把这项技术重新用于紧急情况，从而改变中低收入国家（LMIC）的患者护理。

自动喷油器的起源

自动注射器并非首次尝试简化紧急注射。它的前身是注射器，一种类似牙膏管的挤压式药管，配有针头。注射器由施贵宝公司在二战初期研发，主要用于向士兵注射吗啡。

使用这种药膏时，士兵需要用细铁针刺破内封，将针头刺入皮下，然后挤压药管将药膏挤空。这比从药瓶中抽取药物到注射器中要好一些，但仍然远非理想。成功使用需要一系列繁琐的步骤，而且必须由身处混乱战场、惊恐万分的士兵快速准确地完成。试想一下，在紧急情况下，要把一整管牙膏挤到大腿上，这该是多么危险！

鉴于此，美国国立卫生研究院 (NIH) 心脏病专家斯坦利·萨诺夫 (Stanley Sarnoff) 致力于研发一种能够一次性注射解毒剂的装置。20 世纪 50 年代，他与妻子创立了 Rodana Research 公司（后更名为 Survival Technology），专门研发这种装置。1953 年，他申请了一项专利，描述了首个现代自动注射器的概念：一种弹簧驱动的皮下注射器，其设计使得“非专业人士”也能“给自己或他人”注射。该装置装有 2 毫克阿托品，后来以AtroPen 的名称上市销售。

这项发明很快便应用于战场之外。到了20世纪60年代初， 美国国家航空航天局（NASA）开始为宇航员的急救包配备自动注射器，用于注射抗晕动病药物、兴奋剂和用于治疗休克的血管收缩剂。生存技术公司（Survival Technology）也对该装置进行了改进，使其能够注射肾上腺素而非阿托品。其根本挑战在于：遭受化学武器袭击的士兵和过敏性休克患者都需要一种起效迅速、便于携带且无需培训即可使用的药物。该公司工程师谢尔顿·卡普兰（Sheldon Kaplan）开发了一种新型玻璃药筒设计，最终诞生了EpiPen——该产品于1977年获得专利，并于1987年获得美国食品药品监督管理局（FDA）的批准。

与此同时，第二类注射装置——胰岛素笔——也在研发中，用于日常注射。其主要设计区别在于，用户需要手动将针头推入注射器，而不是依靠弹簧装置自动弹出。诺和诺德公司于1985年生产了第一支胰岛素笔——诺和笔（NovoPen），使糖尿病患者无需使用药瓶和注射器即可每日注射胰岛素。

2000年代，自动注射器继注射笔之后进入非紧急市场，首先是雅培的修美乐注射笔（Humira Pen）和安进的速效注射笔（SureClick） ，两者均用于治疗关节炎。修美乐后来成为史上最畅销的药品，累计销售额超过2000亿美元。如此巨大的市场利润使得开发和销售价格更高的自动注射器形式的药物变得有利可图。因此，毫不奇怪，在2000年至2023年间，约40%的FDA批准的注射用生物制剂^¹是通过自动注射器给药的，而且几乎全部用于慢性维持治疗，而非紧急用药。

被忽视的应用

在急诊医学中，自动注射器在以下情况下最为有用：

1. 目前没有口服治疗方案。要么是口服吸收速度不够快而无法起效，要么是根本没有口服制剂。
2. 分秒必争。及时给药对患者预后和死亡率有着至关重要的影响。这通常与药物起效速度密切相关；如果口服药物起效不够快，那么每一分钟都可能至关重要。
3. 附近没有医护人员。最适合进行治疗的人通常是家长、旁观者或患者本人——而不是需要使用静脉输液管的医护人员。

如果以上三点都成立， ²自动注射器可能是将救命药物输注给患者的唯一现实途径。然而，尽管自动注射器早在半个多世纪前就已问世，但如今除了过敏反应之外，它们在急诊医学中已很少使用。

这是因为上述情况在发达国家相对少见。大多数人都能比较方便地获得医疗服务，只需拨打911即可。然而，这种情况在低收入和中等收入国家却更为常见。危及生命的伤害更为普遍，而且受伤者往往远离训练有素的医护人员。

以氨甲环酸（TXA）为例。它是一种价格低廉、已过专利保护期且疗效确切的止血药物。在两种情况下，它能显著降低出血死亡率：一是创伤性出血，即交通事故等受伤后发生的严重失血；二是产后出血（PPH），即分娩后发生的严重出血。而且，它并非一种新疗法：TXA 是日本医学研究员冈本宇多子和她的丈夫冈本正介在 20 世纪 50 年代发现的，最初用于治疗产后出血。

创伤性出血每年导致约200万人死亡，是可预防死亡的主要原因之一，而产后出血则是全球孕产妇死亡的首要原因。CRASH -2试验追踪了2万多名创伤患者，发现出生后1小时内给予氨甲环酸（TXA）可使出血死亡率降低约三分之一（相对风险比0.68）。WOMAN试验追踪了2万多名产后出血患者，也发现了类似的结果：出生后3小时内给予氨甲环酸可使出血死亡率降低31%。

但这种益处具有极强的时效性。对 CRASH-2 和 WOMAN 两项试验的 汇总分析发现，立即治疗可使生存几率提高 70% 以上。每延迟 15 分钟，获益就会下降约 10%。

如果一位新妈妈在设备齐全的医院分娩后不久出现出血，这种情况是可以控制的——氨甲环酸（TXA）通常都有现货，护士只需几分钟就能插入静脉输液管。然而，在低收入和中等收入国家（LMICs），各医疗机构的准备情况差异巨大，能够提供基本紧急产科护理的机构比例可能从2%到79%不等。许多妇女根本不在医疗机构分娩：在撒哈拉以南非洲，三分之一的分娩发生在医疗机构之外，近十分之三的育龄妇女居住在距离最近的医院超过两小时车程的地方。因此，尽管氨甲环酸在50多年前就被发现，而且作为仿制药价格低廉，但很少有妇女能得到这种药物——分娩时在场的人员没有接受过静脉注射药物的培训或配备相关设备。

对于创伤救治而言，改进氨甲环酸（TXA）给药方式的益处更为显著。车祸发生后，不可能在路边仔细准备静脉输液管。在许多中低收入国家，配备齐全的救护车十分稀少，患者通常由家人、邻居或私家车送往医院。即使在院前急救服务覆盖的地区，静脉注射TXA也很少见：在南非，仅有2.8%有出血风险的创伤患者在到达医院前接受了TXA治疗。

自动注射器可以弥补这一缺口。氨甲环酸（TXA）并非必须通过静脉注射给药；一项试验发现，肌注TXA可在数分钟内达到血液中的治疗浓度，且生物利用度接近静脉注射。这意味着TXA可以通过预充式注射器分两次注射（每次5毫升），或者——通过进一步的工程改造以浓缩制剂——使用单次自动注射器给药。这两种方法在技术上都可行，而且自动注射器可以让更多人——包括基层医护人员、助产人员和家庭成员——使用。这种装置可以携带到家庭分娩现场，或者在没有接受过静脉输液培训或尚未建立输液通道的医疗机构现场给药——在这两种情况下，这都是一种潜在的救命措施。根据我们粗略的估算，如果在这些场所配备TXA自动注射器，那么产后出血（PPH）妇女接受TXA治疗的人数将增加3.2倍，并且平均治疗时间将提前1.5小时。这可以避免20%的产后出血死亡，其成本效益为每伤残调整生命年（DALY）155美元³

然而，由于大部分收益将流向中低收入国家，而这些国家的采购能力有限，因此企业缺乏投资开发廉价氨甲环酸自动注射器的动力。毕竟，他们可以将研发资金用于发达国家更为常见的慢性疾病，因为在⁴疾病领域的投资回报率可能更高。

氨甲环酸自动注射器的研发工作已经启动，但不太可能解决上述特定问题。目前的研发方向主要针对高收入国家创伤救治的缺口——例如事故、大规模伤亡事件和战场伤亡。为这些国家设计的设备可能难以推广到中低收入国家：它可能需要放置在救护车和药库等温控环境中，使用成本更高的组件，例如自动针头保护罩、电子语音或光引导装置，或者设计成能够承受战场环境——而家庭分娩并不需要如此高的耐用性。既然高收入国家的采购者愿意为此付费，那么厂商就没有动力去简化这些功能。

蛇咬伤抗蛇毒血清的情况也类似。每年约有8万至14万人死于蛇咬伤，其中超过85%的死亡病例发生在南亚。世界卫生组织（世卫组织）于2017年将蛇咬伤中毒列为最高优先级的被忽视的热带病。然而，问题并非在于缺乏治疗。虽然抗蛇毒血清必须根据蛇的种类进行配制，但现有的多价和窄谱抗蛇毒血清已经涵盖了该地区最常见的蛇类。⁵ 真正⁵问题在于获取途径。

与过敏性休克和出血一样，蛇咬伤也可能致命，需要立即使用救命的抗蛇毒血清进行治疗。一项印度研究表明，在被蛇咬伤后六小时内注射抗蛇毒血清的死亡率为0.8%，但如果治疗延迟超过12小时，死亡率则上升至38.5%。然而，由于抗蛇毒血清需要静脉注射，蛇咬伤患者必须先前往诊所才能接受治疗。

这导致治疗出现两次延误：一次是到达医疗机构的延误，另一次是到达后延误。由于蛇咬伤事件绝大多数发生在农村地区，就医路途遥远，许多受害者根本来不及赶到医疗机构。据估计，印度77%的蛇咬伤死亡病例发生在医院外。即使患者到达了医疗机构，南印度的一项研究发现，只有39%的患者在第一次就诊时就获得了抗蛇毒血清。大多数患者在获得全剂量抗蛇毒血清之前，辗转于两到三家医疗机构，这通常是因为医疗机构没有受过培训的人员能够进行注射。这些阻碍及时治疗的因素有助于解释为什么蛇咬伤的防治异常困难：尽管过去二十年来死亡率有所下降，但进展速度太慢，无法实现世界卫生组织2030年的目标。

长期以来，人们一直认为只有缓慢的静脉注射才能有效，因为抗蛇毒血清分子太大，难以通过肌肉可靠吸收。但2021年的一项人体研究比较了静脉注射和肌肉注射抗蛇毒血清的效果，发现肌肉注射的患者无需重复给药即可完全康复。 2025年的一项大型动物研究揭示了其背后的机制：肌肉注射的抗蛇毒血清能更彻底地中和毒液，而且速度与静脉注射的抗蛇毒血清一样快，甚至更快。这可能部分是因为肌肉注射的抗蛇毒血清被淋巴系统吸收——而毒液本身也主要通过淋巴系统排出体外。目前证据尚属初步，但如果得到进一步验证，则可能无需静脉输液。

这表明，或许可以将蛇咬伤的治疗从诊所转移到农民和当地应急人员手中。虽然抗蛇毒血清仍然价格昂贵，降低价格至关重要，但如果患者无法及时获得，价格更低的抗蛇毒血清也无济于事。这方面的证据不如氨甲环酸（TXA）那么充分，但无疑值得进一步研究。

这并非自动注射器能够挽救生命的唯一例子。其他一些药物也可能符合同样的特点——它们起效迅速，不适宜口服，而且最有可能在没有医护人员在场的情况下使用。这些药物包括用于治疗重症疟疾的肌注青蒿琥酯和用于治疗子痫（孕产妇死亡的主要原因之一）的硫酸镁。甚至连阿托品——这种神经毒气解毒剂正是首款自动注射器的灵感来源——也可能找到新的用途。阿托品也是有机磷农药中毒的解毒剂，而有机磷农药中毒是导致致命性农药自杀的主要原因之一，每年在全球造成超过10万人死亡。这些药物本身价格低廉且易于获取；目前所缺乏的是一种价格合理、易于获取的装置，能够以所需的方式给药。

如何？

在低收入和中等收入国家（LMICs），使用自动注射器的一个显而易见的反对理由是成本。两支装的品牌EpiPen可能售价超过700美元。但发达国家的售价与其制造成本并不相同。 拆解品牌EpiPen的工程师估计，两支装的制造成本约为11.70美元（2026年美元）。另一项分析显示，开源3D打印自动注射器的材料成本约为5.50美元⁶其中57%的成本来自一根钢弹簧。这并未包含所有成本——运输、药品、研发——但这表明成本大幅降低的可能性很大。

事实上，我们已经看到自我注射行业成本大幅下降。 ⁷ </sup> 2026年初，诺和诺德的索玛鲁肽在印度的专利到期后， 多家制造商在几个月内推出了仿制药。虽然在美国， Mounjaro和Wegovy的标价超过每月1000美元，但在印度，每周一次的GLP-1注射剂的价格仅为其一小部分——一些通过可重复使用的注射笔给药的疗法，每周价格约为4-6美元。<sup> ⁸如果整个疗法的总成本为每月24美元，那么注射笔的成本显然低于这个价格。

随着对GLP-1类药物的需求不断增长，生产能力和技术水平也将随之提高。诺和诺德已承诺投资超过230亿美元用于扩大产能。 另一家主要的自动注射器生产商Ypsomed也正在投资近5亿瑞士法郎， ⁹将其年产能提高至多5亿支注射笔和自动注射器。

虽然部分投资用于可重复使用的注射笔而非自动注射器，但两者都出自同一行业——像Ypsomed这样的公司使用相同的组件和灌装生产线生产这两种产品。事实上，大部分增长都发生在紧急情况下所需的注射形式上——免疫生物制剂和新型减肥药物大多通过单剂量一次性装置给药。虽然这些装置可能没有EpiPen的弹簧机制，但它们仍然比静脉注射快得多、容易得多。节省下来的成本本可以用于降低价格，从而扩大利润空间。

所有这些都意味着自动注射器可能会变得越来越便宜，也越来越容易获得。

还需要什么

尽管制造技术的进步使得廉价、易得的自动注射器成为可能，但它们未必能用于拯救成千上万人的生命。事实上，情况远非如此。

为什么会这样？我们并非缺少药物本身——它们早已存在，而且许多药物已经上市几十年，专利早已过期。真正缺少的是足够大的市场，能够推动研发工作，最终开发出适合中低收入国家的给药装置。

目前，自动注射器的研发主要面向发达国家市场，这些市场拥有更高的支付意愿和能力，且准入门槛更低。事实上，到2024年，自动注射器的药品销售额预计将达到约1600亿美元<sup> ¹⁰ ，并且自动注射器是免疫学领域（全球第二大治疗市场）的主导给药平台。这些药物的利润率相对较高。

低收入和中等收入国家的市场情况截然不同。尽管整体市场规模可能很大，但向这些国家销售产品需要应对许多不同的审批流程，且商业投资回报有限。每台设备的利润将远低于例如阿达木单抗注射笔（Humira Pen）的利润。因此，制药公司的研发部门往往忽略了针对这些地区的研发，他们看到的只是成本远大于预期收益这一简单的等式。然而，这些地区蕴藏着巨大的潜在影响——低收入和中等收入国家每年因孕产妇出血和道路交通事故造成的伤残调整寿命年（DALY）负担超过5000万。^¹¹

对于为中低收入国家开发的含有氨甲环酸、抗蛇毒血清和其他药物的自动注射器而言，必须重新平衡这一等式；否则，这项技术很可能只会停留在“技术上可行”的阶段。

慈善资金可以用来缓解这一转型过程。这种资金可以通过多种方式发挥作用。

首先需要打好基础。这包括确定哪些高负担适应症使用自动注射器具有成本效益，并建立相应的证据基础。这可能包括资助临床试验以推进有前景的候选药物，委托开展卫生技术评估以论证采购的必要性，或制定需求预测以增强企业和制造商的投资信心。

接下来，如何制定合适的市场引导策略就更加棘手了。将一种设备送到用户手中是一个完整的流程：验证肌肉注射的安全性和有效性，设计出一种坚固耐用、耐热且价格低廉，适合中低收入国家使用的设备，完成许可和监管审批，与制造商协调，纳入治疗指南，建立采购渠道，培训医护人员，并在目标用户群体中建立信任。当这些步骤有利可图时，通常会受到自由市场力量的激励和协调。如果这些步骤无利可图，则有两种大致的方法。

首先，要协调整个供应链：选择一家公司或产品，并通过拨款、合同、里程碑付款和采购承诺等方式直接资助每个环节。这方面已有先例：PATH 的 Uniject——一种预填充的单剂量自动失效装置——就是在上世纪八九十年代通过公私合作开发的。该装置使传统的接生员能够为孕妇接种破伤风疫苗，将乙肝疫苗带到农村地区进行分娩，并在产后立即在家中为妇女注射催产素。Uniject 本身容量不足以容纳浓缩的氨甲环酸 (TXA) 制剂，但其背后的模式可以重新利用——如今，与被忽视疾病药物研发倡议 (DNDi)、Unitaid、MedAccess 或 PATH 等合作伙伴都在这样做。然而，这种模式要求很高，这也部分解释了为什么没有组织将其应用于自动注射器：资助者承担着协调工作，以及支持错误公司或设计的风险。

第二种方法是，出资方尝试通过预先市场承诺（AMC）等机制，自行构建一个盈利的自由市场。预先市场承诺是指出资方承诺以既定价格从任何一家公司购买符合特定规格的产品。出资方不指定任何公司，不资助任何具体环节，如果产品最终未能交付给用户，出资方也不会支付任何款项。相反，各公司会像在高收入、高利润市场中那样，自行组织起来开展研发、监管工作和生产制造，以争取获得承诺的订单。虽然预先市场承诺比其他机制成本更高，但对于低成本抗蛇毒血清或氨甲环酸自动注射器而言，它可以激励公司进行研发，同时在产品最终被证明无效的情况下，保护出资方免受损失。

无论采用何种市场调控机制，我们都不应错失以经济有效的方式拯救生命的机会。自动注射器的发明初衷是为了扩大救命医疗服务的覆盖范围；我们应该继续探索如何更好地利用它们来实现这一目标。从20世纪40年代法国的战场到如今尼日利亚的农村地区，都应该使用自动注射器来简化紧急医疗问题的治疗，从而挽救生命。

阿基尔·班萨尔是英国国家医疗服务体系的执业医师，也是一名全球健康研究员。他是全球发展中心市场塑造加速器项目和文艺复兴慈善基金会的研究员。乔治亚·布拉德利是全球发展中心市场塑造加速器的研究员。

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1. 不包括胰岛素和疫苗。 ↩︎
2. 第四个条件是所需药物剂量大于1毫升。这就禁止使用现有的预充式注射器，例如Uniject 。 ↩︎
3. 与标准治疗方案相比，在这些情况下，部分女性会被转诊到医疗机构接受氨甲环酸（TXA）治疗。关于我们粗略的估算和假设，请参见此处。我们估计自动注射器的价格为每剂10美元。 ↩︎
4. 例如，免疫学、肿瘤学和抗糖尿病疗法 ↩︎
5. 与针对特定蛇毒的抗蛇毒血清相比，这些方法更受欢迎，因为针对特定蛇毒的抗蛇毒血清往往不切实际。这是因为蛇很少会和受害者一起被送到医院，而且区分不同蛇毒的临床症状差异细微，且人们对此了解甚少。 ↩︎
6. 2023 年报告的原始估计值为 6.83 加元，使用 2023 年加元/美元汇率转换为美元，并根据通货膨胀调整为 2026 年美元。 ↩︎
7. 包括注射笔、预充式注射器和自动注射器。 ↩︎
8. Zydus 公司的 Semaglyn 是一款 15 毫克可重复使用的注射笔，每月价格为 2200 卢比；按每周 2 毫克的最大剂量计算，每周价格为 550 卢比，或 5.70 美元。Alkem 公司的 Semasize 每周价格为 450 卢比，或 4.67 美元。 ↩︎
9. 包括收购；参见 Novo Holdings 于 2024 年收购 Catalent 的三个生产基地（ 117 亿美元）以及 2024 年投资 800 亿丹麦克朗扩大自身原料药产能的计划（ 122 亿美元）。 ↩︎
10. 全球免疫学、抗糖尿病、抗肥胖药物和呼吸系统药物的自动注射器总销售额约为 950 亿至 1050 亿美元、300 亿美元、220 亿美元和 80 亿美元。 ↩︎
11. 截至 2023 年，因道路交通事故造成的伤残调整寿命年 (DALY) 为 47,192,584，因孕产妇出血造成的伤残调整寿命年 (DALY) 为 2,979,097。全球疾病负担涵盖低社会人口指数 (SDI)、中低 SDI 和中等 SDI 人群。 ↩︎