受到日本剪紙藝術(shù)的啟發(fā)，麻省理工學(xué)院的工程師及其合作者設(shè)計(jì)了一種新型支架，可用于將藥物輸送到胃腸道、呼吸道，或體內(nèi)的其他管狀器官。
支架涂有一層光滑的塑料，上面刻有小“針”，當(dāng)管被拉伸時(shí)會(huì)彈出，讓針穿透組織并輸送含藥物微粒的有效載荷。在支架移除后，這些藥物會(huì)在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)釋放。
麻省理工學(xué)院機(jī)械工程助理教授、布里格姆婦女醫(yī)院胃腸病學(xué)家、高級(jí)研究員喬瓦尼·特拉弗索 (Giovanni Traverso) 表示，這種局部給藥可以更容易地治療影響胃腸道的炎癥性疾病，例如炎癥性腸病或嗜酸性粒細(xì)胞性食管炎。該研究的作者。
這項(xiàng)技術(shù)基本上可以應(yīng)用于任何管狀器官，特拉弗索說，能夠在不頻繁的情況下在本地提供藥物，真正最大限度地提高了幫助解決患者病情的可能性，并且可以通過在一次治療后實(shí)現(xiàn)本地、長(zhǎng)時(shí)間的藥物遞送來改變我們對(duì)患者護(hù)理的看法。
麻省理工學(xué)院研究科學(xué)家 Sahab Babaee 是該論文的主要作者，該論文發(fā)表在 Nature Materials 上。
可拉伸支架
胃腸道的炎癥性疾病，如 IBD，通常用抑制身體免疫反應(yīng)的藥物治療。這些藥物通常是注射的，因此它們可能會(huì)對(duì)身體的其他部位產(chǎn)生副作用。Traverso 和他的同事想想出一種方法，將此類藥物直接輸送到受影響的組織，從而降低出現(xiàn)副作用的可能性。
支架可以提供一種將藥物輸送到消化道目標(biāo)部位的方法，但將任何類型的支架插入胃腸道都可能很棘手，因?yàn)橄氖澄飼?huì)不斷地通過消化道。為了使這種可能性更加可行，麻省理工學(xué)院的團(tuán)隊(duì)提出了創(chuàng)建一種支架的想法，該支架可以暫時(shí)插入，牢固地插入組織以提供其有效載荷，然后可以輕松移除。
他們?cè)O(shè)計(jì)的支架有兩個(gè)關(guān)鍵元素——一個(gè)由硅橡膠制成的柔軟、有彈性的管子，以及一個(gè)用針蝕刻的塑料涂層，當(dāng)管子被拉伸時(shí)會(huì)彈出。該設(shè)計(jì)的靈感來自 kirigami，Traverso 的實(shí)驗(yàn)室之前曾使用這種技術(shù)為鞋底設(shè)計(jì)防滑涂層。其他人已經(jīng)用它來制作更牢固地粘在膝蓋和其他關(guān)節(jié)上的繃帶。
我們方法的新穎之處在于，我們使用來自力學(xué)的工具和概念，結(jié)合來自鱗狀皮膚動(dòng)物的生物啟發(fā)，開發(fā)出一類新的藥物釋放系統(tǒng)，能夠?qū)⑺幬飵熘苯映练e到管狀器官的腔壁中，延長(zhǎng)釋放，Babaee 說，kirigami 支架旨在提供可逆的形狀轉(zhuǎn)換：從扁平到 3D，用于組織接合的扣針，然后到原始扁平形狀，以便輕松安全地移除。
在這項(xiàng)研究中，麻省理工學(xué)院的團(tuán)隊(duì)在塑料針上涂上了可以攜帶藥物的微粒。通過內(nèi)窺鏡插入支架后，使用內(nèi)窺鏡使管內(nèi)的氣球膨脹，使管伸長(zhǎng)。隨著管子的拉伸，拉動(dòng)會(huì)導(dǎo)致塑料中的針彈出并釋放它們的貨物。
這是一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，在那里你有一個(gè)平坦的表面，你可以創(chuàng)建這些彈出的小針頭并驅(qū)動(dòng)到組織中以進(jìn)行藥物輸送，Traverso 說。
在這項(xiàng)研究中，研究人員制作了幾種不同尺寸和形狀的剪紙針。通過改變這些特征以及塑料片的厚度，研究人員可以控制針刺入組織的深度。我們系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于它可以應(yīng)用于各種長(zhǎng)度尺度，以與胃腸道或任何管狀器官的目標(biāo)管狀隔室的大小相匹配，Babaee 說。
胃腸道給藥
研究人員通過內(nèi)窺鏡將支架插入豬的食道來測(cè)試這些支架。一旦支架就位，研究人員就會(huì)給支架內(nèi)的氣球充氣，讓針頭彈出。刺入組織約半毫米的針頭上涂有含有一種叫做布地奈德的藥物的微粒，布地奈德是一種用于治療 IBD 和嗜酸性粒細(xì)胞性食管炎的類固醇。
一旦含有藥物的顆粒沉積在組織中，研究人員就會(huì)給氣球放氣，將針頭弄平，這樣就可以通過內(nèi)窺鏡取出支架。這個(gè)過程只用了幾分鐘，然后微粒留在組織中并逐漸釋放布地奈德約一周。
Traverso 說，根據(jù)顆粒的組成，它們可以被調(diào)整以在更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)釋放藥物。這可以更容易地讓患者保持正確的藥物時(shí)間表，因?yàn)樗麄儾辉傩枰约悍盟幬?，而是通過臨時(shí)插入支架定期接受藥物。它還可以避免全身給藥時(shí)可能出現(xiàn)的副作用。
研究人員還表明，他們可以將支架輸送到血管和呼吸道中。他們現(xiàn)在正致力于提供其他類型的藥物并擴(kuò)大制造過程，目標(biāo)是最終在患者身上測(cè)試支架。
