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Les armatures intra-artérielles inspirées par kirigami ont pu livrer des médicaments aux organes tubulaires

Inspiré par kirigami, l'art japonais de plier et de couper le papier pour produire les structures en trois dimensions, des techniciens de MIT et leurs collaborateurs ont conçu un type neuf d'armature intra-artérielle qui pourrait être employé pour livrer des médicaments au tractus gastro-intestinal, aux voies respiratoires, ou à d'autres organes tubulaires dans le fuselage.

Les armatures intra-artérielles sont enduites dans une couche douce de plastique repérée de petits « pointeaux » ces sautent quand le tube est étiré, permettant aux pointeaux de pénétrer le tissu et de livrer une charge utile des microparticules médicament-contenantes. Ces médicaments sont alors relâchés sur un laps de temps étendu après que l'armature intra-artérielle soit retirée.

Ce genre de distribution localisée de médicament pourrait la faciliter pour traiter des maladies inflammatoires affectant la région de GI telle que la maladie inflammatoire de l'intestin ou l'oesophagite éosinophile, indique Giovanni Traverso, un professeur adjoint de MIT de l'industrie mécanique, un gastro-entérologue à Brigham et à hôpital des femmes, et l'auteur supérieur de l'étude.

Cette technologie a pu être appliquée dans essentiellement n'importe quel organe tubulaire. Avoir la capacité de livrer des médicaments localement, sur une base occasionnelle, réellement maximise la probabilité de l'aide pour résoudre les états des patients et pourrait être transformatif dans la façon dont nous pensons aux soins aux patients par l'activation locale, la distribution prolongée de médicament suivant une demande de règlement unique. »

Giovanni Traverso, l'auteur supérieur de l'étude

Sahab Babaee, un scientifique de recherches de MIT, est l'auteur important du papier, qui apparaît aujourd'hui en matériaux de nature.

Armatures intra-artérielles étirables

Des maladies inflammatoires de la région de GI, telles que l'IBD, sont souvent traitées avec des médicaments qui amortissent la réaction immunitaire du fuselage. Ces médicaments sont habituellement injectés, ainsi ils peuvent avoir des effets secondaires ailleurs dans le fuselage. Traverso et ses collègues ont voulu proposer une voie de livrer de tels médicaments directement aux tissus affectés, réduisant la probabilité des effets secondaires.

Les armatures intra-artérielles pourraient offrir une voie de livrer des médicaments à une partie visée du tube digestif, mais l'insertion de n'importe quel genre d'armature intra-artérielle dans la région de GI peut être délicate parce que la nourriture assimilée déménage continuement par la région. Pour rendre cette possibilité plus faisable, l'équipe de MIT a proposé l'idée de produire une armature intra-artérielle qui serait insérée temporairement, la loge ferme dans le tissu pour livrer sa charge utile, et puis soit facilement retirée.

L'armature intra-artérielle qu'ils ont conçue a deux éléments clé -- un tube mou et extensible fait de caoutchouc silicones silicones, et un revêtement en plastique repéré avec les pointeaux qui sautent quand le tube est étiré. Le modèle a été inspiré par kirigami, une technique que le laboratoire de Traverso précédemment concevait une couche antidérapante pour des plantes de chaussure. D'autres l'ont employé pour produire les pansements qui collent plus sécurisé aux genoux et à d'autres joints.

« La nouveauté de notre approche est que nous avons utilisé des outils et des concepts de la mécanique, combinée avec le bioinspiration des animaux écallieux-pelés, pour développer une classe neuve des systèmes de médicament-relâchement de la capacité de déposer des dép40ts de médicament directement dans les parois luminal des organes tubulaires pour le desserrage étendu, » Babaee dit. « Les armatures intra-artérielles de kirigami ont été conçues pour fournir une transformation réversible de forme : du plat, à 3D, à pointeaux ridés-à l'extérieur pour l'engagement de tissu, et puis à la forme plate originelle pour le démontage facile et sûr. »

Dans cette étude, l'équipe de MIT a enduit les pointeaux en plastique des microparticules qui peuvent transporter des médicaments. Après que l'armature intra-artérielle soit insérée endoscopique, l'endoscope est utilisé pour gonfler un ballon à l'intérieur du tube, faisant prolonger le tube. Pendant que le tube s'étend, le mouvement de traction fait sauter et relâcher les pointeaux dans le plastique leur cargaison.

« C'est un système dynamique où vous avez une surface plane, et vous pouvez produire ces petits pointeaux qui sautent et entraînement dans le tissu pour faire la distribution de médicament, » Traverso dit.

Pour cette étude, les chercheurs ont produit des pointeaux de kirigami de plusieurs différentes tailles et formes. En variant ces caractéristiques, ainsi que l'épaisseur de la feuille en plastique, les chercheurs peuvent régler comment profondément les pointeaux pénètrent dans le tissu. « L'avantage de notre système est qu'il peut être appliqué aux écailles variées de longueur à apparier avec la taille des compartiments tubulaires d'objectif du tractus gastro-intestinal ou de tous les organes tubulaires, » Babaee dit.

La distribution de médicament de GI

Les chercheurs ont vérifié les armatures intra-artérielles en les insérant endoscopique dans l'oesophage des porcs. Une fois que l'armature intra-artérielle était en place, les chercheurs gonflés le ballon à l'intérieur de l'armature intra-artérielle, permettant aux pointeaux de sauter. Les pointeaux, qui ont pénétré environ la moitié par mm dans le tissu, ont été enduits des microparticules contenant un budesonide appelé de médicament, un stéroïde qui est employé pour traiter l'IBD et l'oesophagite éosinophile.

Une fois que les particules médicament-contenantes étaient déposées dans le tissu, les chercheurs ont dégonflé le ballon, aplatissant à l'extérieur les pointeaux ainsi l'armature intra-artérielle pourrait être endoscopique retirée. Ce procédé a pris seulement quelques minutes, et les microparticules puis sont restées dans le tissu et ont graduellement relâché le budesonide pour environ une semaine.

Selon la composition des particules, elles pourraient être ajustées pour relâcher des médicaments sur un laps de temps encore plus long, Traverso dit. Ceci pourrait le faciliter pour maintenir des patients sur le programme correct de médicament, parce qu'ils ne devraient plus prendre le médicament eux-mêmes, mais recevrait périodiquement leur médicament par l'intermédiaire de la mise en place temporaire de l'armature intra-artérielle. Il éviterait également les effets secondaires qui peuvent se produire avec l'administration de médicaments systémique.

Les chercheurs ont également prouvé qu'ils pourraient livrer les armatures intra-artérielles dans des vaisseaux sanguins et les voies respiratoires. Ils travaillent maintenant à fournir d'autres types de médicaments et sur l'échelle vers le haut du processus de fabrication, dans le but de vérifier éventuellement les armatures intra-artérielles dans les patients.

Source:
Journal reference:

Babaee, S., et al. (2021) Kirigami-inspired stents for sustained local delivery of therapeutics. Nature Materials. doi.org/10.1038/s41563-021-01031-1.