Door Kirigami geïnspireerde stent om de medicijnafgifte te verbeteren voor ziekten die tubulaire organen aantasten

We weten dat geïnjecteerde medicijnen zoals steroïden kunnen helpen bij het verlichten van bepaalde gastro-intestinale aandoeningen, maar de uitdaging is om ze af te leveren in een segment van een buisvormig orgaan dat meerdere centimeters lang is. Een van de strategieën die we bedachten was een dynamische stent, die kan worden uitgerekt om van vorm te veranderen en medicijnen langs de omtrek en lengterichting af te geven om de buis te bedekken."

Giovanni Traverso, MB, Bchir, doctoraat, Corresponderende auteur, gastro-enteroloog en biomedisch ingenieur, Brighams afdeling gastro-enterologie, Afdeling Werktuigbouwkunde aan MIT

Om het stentsysteem voor het afzetten van medicijnen te ontwerpen, het team keek naar de principes van kirigami, een Japanse vorm van papierkunst, vergelijkbaar met origami, met snijpapier. De onderzoekers hebben eerder aangetoond dat de knikeigenschappen van op kirigami gebaseerde ontwerpen kunnen worden gebruikt om buitenzolen van schoenen te ontwerpen die wrijving genereren om uitglijden en vallen te voorkomen. De kirigami-stent heeft een slangenhuidachtige, cilindrisch ontwerp dat uitzet om pop-out naalden vast te zetten, die worden geregeld door luchtdruk die op een zachte actuator wordt uitgeoefend. Dit zorgt voor de perifere afgifte van therapieën in het maagdarmkanaal, evenals het vaatstelsel en de luchtwegen. De stent wordt kort na de toediening van het geneesmiddel verwijderd en wordt niet in het lichaam geïmplanteerd. Het kan in verschillende maten worden vervaardigd, en medicijnafgifte kan worden gecontroleerd door de dikte van de kirigami-schaal te variëren, naaldlengte en uitgeoefende druk.

Na het verfijnen van de mechanica van de kirigami-stent, de onderzoekers bedekten het ontwerp met budesonide-geladen polymere microdeeltjes om verlengde medicijnafgifte te ondersteunen, die vervolgens werd getest in de slokdarm van varkens. Budesonide is een medicijn dat vaak wordt gebruikt voor de behandeling van een reeks gastro-intestinale aandoeningen. De kirigami-naalden werden twee minuten in hun uitgeklapte configuratie gelaten voordat de stent werd verwijderd. Toen de onderzoekers de dieren op verschillende tijdstippen (één, drie en zeven dagen na de levering van het medicijn), ze vonden op alle tijdstippen concentraties van het geneesmiddel in het dierlijke weefsel, wat aangeeft dat het toedieningssysteem de aanhoudende toediening van therapieën kan bevorderen.

"Onze eenvoudige aanpak stelt ons in staat om een ​​systeem voor het vrijgeven van medicijnen te ontwikkelen dat kan worden toegepast op verschillende lengteschalen en kan worden afgestemd op de grootte van elk buisvormig doelorgaan, " zei eerste auteur Sahab Babaee, doctoraat, een onderzoeksfiliaal in de afdeling gastro-enterologie van de Brigham en een MIT-onderzoeker.

De onderzoekers zullen doorgaan met het verfijnen van het medicijnafgiftesysteem in diermodellen en werken aan de ontwikkeling ervan voor gebruik bij mensen. Ze hopen dat het systeem ook kan worden ingezet in structuren zoals de luchtpijp en de iliacale slagader, waardoor de gerichte, aanhoudende levering van therapieën voor een reeks ziekten.

"De visie hier is om na te denken over de afgifte van het medicijn op lange termijn, zodat een patiënt op een dag een lokale behandeling kan krijgen en wekenlang therapie kan krijgen, zo niet maanden of zelfs jaren, Traverso zei. "Het wegnemen van de noodzaak om routinematig voorgeschreven medicatie in te nemen, zoals een steroïde of een ander medicijn, kan de ervaring van de patiënt echt veranderen."

• Kunstmatige intelligentie voor het voorspellen van TMB-H colorectale kanker op basis van histopathologische kenmerken
• Plantaardige voeding lijkt bescherming te bieden tegen hypertensie en pre-eclampsie