Kirigami-inspirierter Stent zur Verbesserung der Wirkstoffabgabe bei Erkrankungen, die tubuläre Organe betreffen

Krankheiten, die röhrenförmige Strukturen im Körper betreffen, wie das Magen-Darm-System (GI), Gefäße und Atemwege, stellen eine einzigartige Herausforderung für die Bereitstellung lokaler Behandlungen dar. Vertikal ausgerichtete Organe, wie die Speiseröhre, und labyrinthische Strukturen, wie der Darm, sind schwer mit Therapeutika zu beschichten, und in vielen Fällen Stattdessen werden den Patienten systemische Medikamente verschrieben, die immunsuppressive Wirkungen haben können.

Zur Verbesserung der Arzneimittelabgabe bei Erkrankungen, die tubuläre Organe betreffen, wie eosinophile Ösophagitis und entzündliche Darmerkrankungen, ein multidisziplinäres Team des Brigham and Women's Hospital, Das Massachusetts General Hospital und das Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben einen dehnbaren Stent entwickelt, der auf den Prinzipien von Kirigami basiert und in der Lage ist, eine schnelle Ablagerung von Medikamentendepots zu unterstützen. Die Forschung ist beschrieben in Naturmaterialien .

Wir wissen, dass injizierte Medikamente wie Steroide dazu beitragen können, bestimmte Magen-Darm-Erkrankungen zu lindern. Die Herausforderung besteht jedoch darin, sie in ein mehrere Zentimeter langes Segment eines röhrenförmigen Organs zu bringen. Eine der Strategien, die wir entwickelt haben, war ein dynamischer Stent, die gedehnt werden kann, um ihre Form zu ändern und Medikamente in Umfangsrichtung und Längsrichtung abzugeben, um das Röhrchen zu bedecken."

Giovanni Traverso, MB, BChir, Doktortitel, korrespondierender Autor, Gastroenterologe und Biomediziner, Brighams Abteilung für Gastroenterologie, Fakultät für Maschinenbau am MIT

Um das medikamentenabscheidende Stentsystem zu entwerfen, das Team achtete auf die Prinzipien von Kirigami, eine japanische Form der Papierkunst, die dem Origami ähnelt und das Schneiden von Papier umfasst. Die Forscher haben zuvor gezeigt, dass die Knickeigenschaften von Kirigami-basierten Designs verwendet werden können, um Schuhaußensohlen zu entwickeln, die Reibung erzeugen, um Rutschen und Stürze zu verhindern. Der Kirigami-Stent hat eine schlangenhautartige, zylindrisches Design, das sich ausdehnt, um Pop-out-Nadeln einzurasten, die durch Luftdruck gesteuert werden, der auf einen weichen Aktuator aufgebracht wird. Dies ermöglicht die zirkuläre Verabreichung von Therapeutika in den Magen-Darm-Trakt, sowie das Gefäßsystem und die Atemwege. Der Stent wird kurz nach der Abgabe des Therapeutikums entfernt und nicht in den Körper implantiert. Es kann in verschiedenen Größen hergestellt werden, und die Medikamentenabgabe kann durch Variieren der Dicke der Kirigami-Schale kontrolliert werden, Nadellänge und ausgeübter Druck.

Nachdem die Mechanik des Kirigami-Stents verfeinert wurde, die Forscher beschichteten das Design mit Budesonid-beladenen polymeren Mikropartikeln, um eine verlängerte Wirkstoffabgabe zu unterstützen. die dann in der Speiseröhre von Schweinen getestet wurde. Budesonid ist ein Medikament, das häufig zur Behandlung einer Reihe von Magen-Darm-Erkrankungen eingesetzt wird. Die Kirigami-Nadeln wurden zwei Minuten lang in ihrer herausgesprungenen Konfiguration belassen, bevor der Stent entfernt wurde. Als die Forscher die Tiere zu unterschiedlichen Zeitpunkten untersuchten (eine, drei und sieben Tage nach der Abgabe des Arzneimittels), sie fanden zu allen Zeitpunkten Konzentrationen des Therapeutikums im tierischen Gewebe, was darauf hinweist, dass das Abgabesystem die anhaltende Verabreichung von Therapeutika fördern kann.

„Unser einfacher Ansatz ermöglicht es uns, ein Wirkstofffreisetzungssystem zu entwickeln, das auf verschiedene Längenskalen angewendet und an die Größe jedes röhrenförmigen Zielorgans angepasst werden kann. " sagte der Erstautor Sahab Babaee, Doktortitel, ein Forschungspartner in der Abteilung für Gastroenterologie am Brigham und ein MIT-Forscher.

Die Forscher werden das Wirkstoffabgabesystem im Tiermodell weiter verfeinern und darauf hinarbeiten, es für den Einsatz am Menschen zu entwickeln. Sie hoffen, dass das System auch in Strukturen wie der Luftröhre und der A. iliaca eingesetzt werden kann, dadurch die gezielte, Dauerhafte Bereitstellung von Therapeutika für eine Reihe von Krankheiten.

"Die Vision hier ist, über die langfristige Freisetzung des Medikaments nachzudenken, damit ein Patient eines Tages eine Behandlung vor Ort erhalten und wochenlang therapiert werden kann, wenn nicht Monate oder gar Jahre, " sagte Traverso. "Damit die routinemäßige Einnahme eines verschriebenen Medikaments beseitigt wird, wie ein Steroid oder ein anderes Medikament, kann die Patientenerfahrung wirklich verändern."

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