Stent ispirato a Kirigami per migliorare la somministrazione di farmaci per le malattie che colpiscono gli organi tubulari

Malattie che colpiscono le strutture tubulari nel corpo, come il sistema gastrointestinale (GI), sistema vascolare e delle vie aeree, rappresentano una sfida unica per la fornitura di trattamenti locali. Organi orientati verticalmente, come l'esofago, e strutture labirintiche, come l'intestino, sono difficili da rivestire con sostanze terapeutiche, e in molti casi, ai pazienti vengono invece prescritti farmaci sistemici che possono avere effetti immunosoppressivi.

Per migliorare la somministrazione di farmaci per le malattie che colpiscono gli organi tubulari, come esofagite eosinofila e malattie infiammatorie intestinali, un team multidisciplinare del Brigham and Women's Hospital, Il Massachusetts General Hospital e il Massachusetts Institute of Technology (MIT) hanno progettato uno stent estensibile basato sui principi del kirigami in grado di supportare la rapida deposizione di depositi di farmaci. La ricerca è descritta in Materiali della natura .

Sappiamo che i farmaci iniettati come gli steroidi possono aiutare ad alleviare alcune condizioni gastrointestinali, ma la sfida è consegnarli in un segmento di un organo tubolare lungo diversi centimetri. Una delle strategie che abbiamo escogitato era uno stent dinamico, che può essere allungato per cambiare forma e fornire farmaci lungo la circonferenza e longitudinalmente per coprire il tubo".

Giovanni Traverso, MB, BChir, dottorato di ricerca, autore corrispondente, gastroenterologo e ingegnere biomedico, Divisione di Gastroenterologia di Brigham, Dipartimento di Ingegneria Meccanica del MIT

Per progettare il sistema di stent per il deposito di farmaci, il team ha guardato ai principi del kirigami, una forma giapponese di arte della carta simile all'origami che include il taglio della carta. I ricercatori hanno precedentemente dimostrato che le proprietà di deformazione dei design basati su kirigami possono essere utilizzate per progettare suole di calzature che generano attrito per prevenire scivolamenti e cadute. Lo stent kirigami ha una pelle di serpente, design cilindrico che si espande per innestare gli aghi pop-out, che sono controllati dalla pressione dell'aria applicata a un attuatore morbido. Ciò consente la consegna circonferenziale di terapie nel tratto gastrointestinale, così come il sistema vascolare e le vie aeree. Lo stent viene rimosso poco dopo l'erogazione della terapia e non viene impiantato nel corpo. Può essere prodotto in varie dimensioni, e la somministrazione del farmaco può essere controllata variando lo spessore del guscio del kirigami, lunghezza dell'ago e pressione applicata.

Dopo aver perfezionato la meccanica dello stent kirigami, i ricercatori hanno rivestito il design con microparticelle polimeriche caricate con budesonide per supportare la somministrazione prolungata del farmaco, che è stato poi testato negli esofagi dei maiali. Budesonide è un farmaco comunemente usato per trattare una serie di malattie gastrointestinali. Gli aghi kirigami sono stati lasciati nella loro configurazione estratta per due minuti prima che lo stent venisse rimosso. Quando i ricercatori hanno esaminato gli animali in momenti diversi (uno, tre e sette giorni dopo la consegna del farmaco), hanno trovato concentrazioni del terapeutico nel tessuto animale in ogni momento, indicando che il sistema di consegna può promuovere la somministrazione prolungata di terapie.

"Il nostro semplice approccio ci consente di sviluppare un sistema di rilascio del farmaco che può essere applicato a varie scale di lunghezza e abbinato alle dimensioni di qualsiasi organo tubolare bersaglio, " ha detto il primo autore Sahab Babaee, dottorato di ricerca, un affiliato di ricerca nella Divisione di Gastroenterologia presso il Brigham e un ricercatore del MIT.

I ricercatori continueranno a perfezionare il sistema di somministrazione dei farmaci in modelli animali e lavoreranno per svilupparlo per l'uso nell'uomo. Sperano che il sistema possa essere distribuito anche in strutture come la trachea e l'arteria iliaca, migliorando così il target, somministrazione prolungata di terapie per una serie di malattie.

"La visione qui è pensare al rilascio a lungo termine del farmaco, in modo che un giorno un paziente possa ricevere la consegna locale di un trattamento e avere una terapia per settimane, se non mesi o addirittura anni, " Ha detto Traverso. " Eliminando la necessità di assumere abitualmente un farmaco prescritto, come uno steroide o un altro farmaco, può davvero trasformare l'esperienza del paziente."

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