Stent inspirado en Kirigami para mejorar la administración de medicamentos para enfermedades que afectan los órganos tubulares

Enfermedades que afectan las estructuras tubulares del cuerpo. como el sistema gastrointestinal (GI), vasculatura y vías respiratorias, presentan un desafío único para la entrega de tratamientos locales. Órganos orientados verticalmente, como el esófago, y estructuras laberínticas, como el intestino, son difíciles de cubrir con terapias, y en muchos casos en cambio, a los pacientes se les recetan medicamentos sistémicos que pueden tener efectos inmunosupresores.

Para mejorar la administración de medicamentos para enfermedades que afectan los órganos tubulares, como esofagitis eosinofílica y enfermedad inflamatoria intestinal, un equipo multidisciplinario del Brigham and Women's Hospital, El Hospital General de Massachusetts y el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) diseñaron un stent extensible basado en los principios de kirigami que es capaz de soportar la rápida deposición de depósitos de fármacos. La investigación se describe en Materiales de la naturaleza .

Sabemos que los medicamentos inyectados como los esteroides pueden ayudar a aliviar ciertas afecciones gastrointestinales, pero el desafío es administrarlos en un segmento de un órgano tubular de varios centímetros de longitud. Una de las estrategias que se nos ocurrió fue un stent dinámico, que se puede estirar para cambiar de forma y administrar medicamentos de forma circunferencial y longitudinal para cubrir el tubo ".

Giovanni Traverso, MEGABYTE, BChir, Doctor, Autor correspondiente, gastroenterólogo e ingeniero biomédico, División de Gastroenterología de Brigham, Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT

Para diseñar el sistema de stent de depósito de fármaco, el equipo miró a los principios de kirigami, una forma japonesa de arte en papel similar al origami que incluye cortar papel. Los investigadores demostraron previamente que las propiedades de pandeo de los diseños basados ​​en kirigami se pueden utilizar para diseñar suelas de calzado que generan fricción para evitar resbalones y caídas. El stent kirigami tiene una piel de serpiente, diseño cilíndrico que se expande para acoplar agujas emergentes, que se controlan mediante la presión de aire aplicada a un actuador suave. Esto permite la administración circunferencial de agentes terapéuticos en el tracto GI, así como la vasculatura y las vías respiratorias. El stent se retira poco después de la administración de la terapéutica y no se implanta en el cuerpo. Se puede fabricar en varios tamaños, y la administración de fármacos se puede controlar variando el grosor del caparazón del kirigami, longitud de la aguja y presión aplicada.

Después de perfeccionar la mecánica del stent kirigami, los investigadores recubrieron el diseño con micropartículas poliméricas cargadas con budesonida para apoyar la administración prolongada del fármaco, que luego se probó en el esófago de los cerdos. La budesonida es un medicamento que se usa comúnmente para tratar una variedad de enfermedades gastrointestinales. Las agujas de kirigami se dejaron en su configuración abierta durante dos minutos antes de retirar el stent. Cuando los investigadores examinaron a los animales en diferentes momentos (uno, tres y siete días después de la entrega del medicamento), encontraron concentraciones de la terapéutica en el tejido animal en todos los puntos de tiempo, indicando que el sistema de suministro puede promover la administración sostenida de terapéuticos.

"Nuestro enfoque simple nos permite desarrollar un sistema de liberación de fármacos que se puede aplicar a varias escalas de longitud y coincidir con el tamaño de cualquier órgano tubular objetivo, "dijo el primer autor Sahab Babaee, Doctor, investigador afiliado a la División de Gastroenterología de Brigham y científico investigador del MIT.

Los investigadores continuarán perfeccionando el sistema de administración de fármacos en modelos animales y trabajarán para desarrollarlo para su uso en humanos. Esperan que el sistema también se pueda implementar en estructuras como la tráquea y la arteria ilíaca, mejorando así el objetivo, administración sostenida de productos terapéuticos para una variedad de enfermedades.

"La visión aquí es pensar en la liberación a largo plazo del fármaco, para que un día un paciente pueda recibir un tratamiento local y recibir terapia durante semanas, si no meses o incluso años, ", Dijo Traverso." Al eliminar la necesidad de tomar de forma rutinaria un medicamento recetado, como un esteroide u otra droga, realmente puede transformar la experiencia del paciente ".

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