一种新型蛇皮状支架可用于向人体管状器官输送药物

2021年07月23日 20:35 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

麻省理工学院的工程师们设计了一种新型的支架,可用于向胃肠道、呼吸道或身体的其他管状器官输送药物。可拉伸的蛇皮状设计内置弹出式针头,允许在具有挑战性的情况下向人类身体内的管状器官输送治疗药物。

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影响体内管状结构的疾病,如胃肠(GI)系统、血管和气道,给局部治疗带来了独特挑战。垂直方向的器官(如食道)和迷宫式的结构(如肠道)很难涂上治疗剂,在许多情况下,病人只能服用可能有免疫抑制作用的全身性药物控制病情。

为了改善影响管状器官的疾病的药物输送,如嗜酸性食管炎和炎症性肠病,来自布莱根妇女医院、麻省总医院和麻省理工学院(MIT)的一个多学科团队根据日本折纸的原理设计了一种可拉伸的支架,能够支持药物的快速沉积。该研究在《自然-材料》杂志上进行了描述。

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"我们知道,像类固醇这样的注射药物可以帮助缓解某些消化道疾病,但挑战是在一段多厘米长的管状器官中提供这些药物,"通讯作者Giovanni Traverso, MB, BChir, PhD说,他是Brigham胃肠病科和麻省理工学院机械工程系的胃肠病学家和生物医学工程师。"我们想出的策略之一是动态支架,它可以被拉伸以改变形状,并从周向和纵向输送药物以覆盖人体管道器官"。

这种支架有一个灵活的表面,并涂有一层光滑的塑料蚀刻小"针",当管子被拉伸时,小 "针"会弹出,使针能够穿透组织并输送含有药物的微粒子的载荷。研究人员以前曾证明,基于日本折纸设计的屈曲特性可用于设计产生摩擦力的鞋类外底,以防止从目标器官中跌落。

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这种支架有一个蛇皮状的圆柱形设计,它可以膨胀以接合弹出的针头,这些针头由施加在一个软推杆上的空气压力控制。这允许将治疗剂环形送入消化道以及血管和气道。支架在输送治疗剂后不久就被移除。它可以被制造成各种尺寸,并且可以通过改变折纸结构外壳的厚度、针的长度和施加的压力来控制药物输送。

在完善了kirigami支架的机械结构后,研究人员在设计中涂上了布地奈德的聚合物微粒子,以支持延长药物输送,然后在猪的食道中进行了测试。布地奈德是一种常用于治疗一系列胃肠道疾病的药物。在支架被移除之前,kirigami针以其弹出的配置被放置了两分钟。当研究人员在不同时间(药物输送后1天、3天和7天)检查动物时,他们发现所有时间点的动物组织中都有治疗药物的浓度,表明该输送系统可以促进治疗药物的持续给药。

研究人员将继续在动物模型中完善该药物输送系统,并努力将其开发用于人类。他们希望该系统也能部署在气管和髂动脉等结构中,从而改善对一系列疾病的靶向、持续治疗。

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