Kirigami-inspirerad stent för att förbättra läkemedelsleverans för sjukdomar som påverkar rörformiga organ

Sjukdomar som påverkar rörformiga strukturer i kroppen, såsom mag -tarmsystemet (GI), kärl och luftvägar, utgör en unik utmaning för att leverera lokala behandlingar. Vertikalt orienterade organ, såsom matstrupen, och labyrintiska strukturer, som tarmarna, är svåra att belägga med terapier, och i många fall patienter får istället ordinerade systemiska läkemedel som kan ha immunsuppressiva effekter.

För att förbättra läkemedelsleverans för sjukdomar som påverkar rörformiga organ, som eosinofil esofagit och inflammatorisk tarmsjukdom, ett tvärvetenskapligt team från Brigham och Women's Hospital, Massachusetts General Hospital och Massachusetts Institute of Technology (MIT) utformade en töjbar stent baserad på principerna för kirigami som kan stödja snabb deponering av läkemedelsdepåer. Forskningen beskrivs i Naturmaterial .

Vi vet att injicerade läkemedel som steroider kan hjälpa till att lindra vissa GI -tillstånd, men utmaningen är att leverera dem i ett segment av ett rörformat organ som är flera centimeter i längd. En av de strategier vi kom fram till var en dynamisk stent, som kan sträckas för att ändra form och leverera läkemedel periferiskt och längsgående för att täcka röret. "

Giovanni Traverso, MB, BChir, Doktorsexamen, motsvarande författare, gastroenterolog och biomedicinsk ingenjör, Brighams avdelning för gastroenterologi, Institutionen för maskinteknik vid MIT

För att utforma det läkemedelsdeponerande stentsystemet, laget tittade på principerna för kirigami, en japansk form av papperskonst liknande origami som inkluderar skärpapper. Forskarna visade tidigare att kirigami-baserade designers knäckande egenskaper kan användas för att konstruera yttersulor för skor som genererar friktion för att förhindra glid och fall. Kirigami-stenten har en ormskinnsliknande, cylindrisk design som expanderar för att aktivera pop-out nålar, som styrs av lufttryck som appliceras på ett mjukt ställdon. Detta möjliggör periferiell tillförsel av läkemedel till mag -tarmkanalen, såväl som kärl och luftvägar. Stenten avlägsnas kort efter leveransen av terapeutiken och implanteras inte i kroppen. Den kan tillverkas i olika storlekar, och läkemedelsleverans kan kontrolleras genom att variera tjockleken på kirigami -skalet, nållängd och applicerat tryck.

Efter att ha förfinat mekaniken i kirigami -stenten, forskarna belagde designen med budesonid-laddade polymera mikropartiklar för att stödja utökad läkemedelsleverans, som sedan testades i matstrupen hos grisar. Budesonid är ett läkemedel som vanligtvis används för att behandla en rad gastrointestinala sjukdomar. Kirigami-nålarna lämnades i sin poppade konfiguration i två minuter innan stenten togs bort. När forskarna undersökte djuren vid olika tidpunkter (en, tre och sju dagar efter läkemedlets leverans), de hittade koncentrationer av det terapeutiska i djurvävnaden vid alla tidpunkter, vilket indikerar att leveranssystemet kan främja en långvarig administrering av terapier.

"Vår enkla strategi gör att vi kan utveckla ett läkemedelsfrisättande system som kan appliceras på olika längdskalor och matchas med storleken på valfritt rörformat organ, "sa författaren Sahab Babaee, Doktorsexamen, en forskningsförbund vid avdelningen för gastroenterologi vid Brigham och en MIT -forskare.

Forskarna kommer att fortsätta att förfina läkemedelsleveranssystemet i djurmodeller och arbeta för att utveckla det för användning hos människor. De hoppas att systemet också kan användas i strukturer som luftstrupen och iliacartären, därigenom förbättra det riktade, långvarig leverans av läkemedel för en rad olika sjukdomar.

"Visionen här är att tänka på den långsiktiga frisättningen av läkemedlet, så att en dag en patient skulle kunna få lokal behandling och få behandling i veckor, om inte månader eller till och med år, "Traverso sa." Tar bort behovet av att rutinmässigt ta en ordinerad medicin, som en steroid eller ett annat läkemedel, kan verkligen förändra patientupplevelsen. "

• Artificiell intelligens för att förutsäga TMB-H kolorektal cancer från histopatologiska egenskaper
• Växtbaserad kost verkar ge skydd mot högt blodtryck och preeklampsi