麻省理工：受剪纸艺术启发的支架可以将药物输送到胃肠道

受日本折叠剪纸艺术kirigami的启发，麻省理工学院的工程师们设计了一种新型的支架，可以用于将药物输送到胃肠道、呼吸道或身体的其他管状器官。

　　

 

   

图片:该设备有两个关键元素——一个柔软的，有弹性的管，由硅基橡胶制成，和一个塑料涂层，当管拉伸时，塑料涂层上的针会弹出。

来源:麻省理工学院

CAMBRIDGE, MA -受剪纸艺术的启发,折叠的日本艺术和切纸创建三维结构,麻省理工学院的工程师和他们的合作者们设计了一种新型的支架,可以用来提供药物的胃肠道、呼吸道或其他管状体内器官。

支架被涂上一层光滑的塑料，上面蚀刻着小“针”，当导管被拉伸时，这些小“针”就会弹出，使这些针能够穿透组织并传递含有药物的微粒。这些药物在支架取出后的一段时间内释放。

这种局部给药治疗会更容易影响胃肠道炎性疾病如炎症性肠病或嗜酸性食管炎,乔凡尼Traverso说一个麻省理工学院的机械工程助理教授,在布莱根妇女医院胃肠病学家,和该研究的资深作者。

“这项技术基本上可以应用于任何管状器官，”Traverso说。“有能力在不频繁的基础上提供局部药物，真正最大限度地帮助解决患者的病情，并可能改变我们对患者护理的看法，通过允许在一次治疗后的局部、延长药物递送。”

麻省理工学院的研究科学家Sahab Babaee是今天发表在《自然材料》杂志上的这篇论文的主要作者。

可伸缩的支架

胃肠道炎症性疾病，如IBD，通常用抑制身体免疫反应的药物进行治疗。这些药物通常是注射的，所以它们可能会对身体其他部位产生副作用。Traverso和他的同事们想要找到一种方法，将这种药物直接运送到受影响的组织，减少副作用的可能性。

支架可以提供一种将药物输送到消化道的目标部分的方法，但将任何一种支架插入胃肠道都可能是棘手的，因为消化后的食物在消化道中持续移动。为了使这一可能性更加可行，麻省理工学院的研究小组提出了一个想法，即制造一种支架，这种支架可以暂时插入，牢固地放置在组织中，传递有效载荷，然后很容易取出。

他们设计的支架有两个关键元素——一个柔软的，有弹性的管，由硅基橡胶制成，以及一个塑料涂层，涂层上蚀刻着当管被拉伸时会弹出的针。该设计的灵感来自kirigami, Traverso的实验室曾使用这种技术设计鞋底防滑涂层。其他人用它来制造绷带，使其更牢固地粘在膝盖和其他关节上。

Babaee说:“我们的方法的新颖之处在于，我们使用了来自力学的工具和概念，结合了来自鳞状皮肤动物的生物灵感，开发了一种新型的药物释放系统，该系统能够将药物直接存放到管状器官的管腔壁上，进行延长释放。”“kirigami支架的设计提供了一个可逆的形状转换:从扁平到3D，带扣的针头用于组织接触，然后变成最初的扁平形状，便于安全移除。”

在这项研究中，麻省理工学院的研究小组在塑料针头上涂上了可以携带药物的微粒。在内窥镜下置入支架后，内窥镜被用来在导管内充气气球，使导管拉长。当管子伸展时，拉力运动使塑料中的针弹起来，释放它们的货物。

特拉弗索说:“这是一个动态的系统，你有一个平坦的表面，你可以创造这些小针头，它弹出并进入组织进行药物输送。”

在这项研究中，研究人员创造了几种不同大小和形状的kirigami针。通过改变这些特征以及塑料片的厚度，研究人员可以控制针进入组织的深度。Babaee说:“我们系统的优势在于，它可以应用于各种长度尺度，与胃肠道或任何管状器官的目标管状腔室的大小相匹配。”

胃肠道药物输送

研究人员通过内窥镜将支架插入猪的食道进行测试。支架就位后，研究人员将支架内的气球充气，使针头弹出。这些针在组织中穿透了大约半毫米，上面覆盖着含有一种叫做布地奈德的药物的微粒。布地奈德是一种类固醇，用于治疗IBD和嗜酸性食管炎。

一旦含有药物的颗粒沉积在组织中，研究人员就放掉气球，使针头变平，这样支架就可以通过内窥镜取出来。这个过程只需要几分钟，微粒就会留在组织中，并逐渐释放布地奈德大约一周。

特拉弗索说，根据粒子的组成，它们可以被调整以在更长的时间内释放药物。这可以使患者更容易保持正确的药物计划，因为他们不再需要自己服用药物，而是通过临时插入支架定期接受药物。它还能避免全身用药时可能出现的副作用。

研究人员还表明，他们可以将支架送入血管和呼吸道。他们现在正致力于提供其他类型的药物，并扩大生产过程，最终的目标是在患者身上测试这种支架。

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