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Gli Stents ispirati dal kirigami hanno potuto consegnare le droghe agli organi tubolari

Ispirato dal kirigami, dall'arte giapponese di profilatura e di taglio del documento per creare le strutture tridimensionali, dagli ingegneri del MIT e dai loro collaboratori hanno progettato un nuovo tipo di stent che potrebbe essere usato per consegnare le droghe al tratto gastrointestinale, alle vie respiratorie, o ad altri organi tubolari nell'organismo.

Gli stents sono ricoperti in un livello regolare di plastica inciso di piccoli “aghi di stampa„ quel pop-up quando il tubo è allungato, permettendo che i aghi di stampa penetrino il tessuto e consegnino un carico utile delle microparticelle droga contenenti. Quelle droghe poi sono rilasciate su un periodo esteso dopo che lo stent è eliminato.

Questo genere di consegna localizzata della droga potrebbe renderlo più facile trattare le malattie infiammatorie che pregiudicano il tratto di GI quale la malattia di viscere infiammatoria o l'esofagite eosinofila, dice Giovanni Traverso, un assistente universitario del MIT dell'ingegneria meccanica, un gastroenterologo a Brigham ed all'ospedale delle donne e l'autore senior dello studio.

Questa tecnologia ha potuto applicarsi essenzialmente in tutto l'organo tubolare. Avere la capacità di consegnare le droghe localmente, su una base rara, realmente massimizza la probabilità di contribuire a risolvere gli stati dei pazienti e potrebbe essere trasformatore in come pensiamo a cura paziente permettendo locale, la consegna prolungata della droga che segue un singolo trattamento.„

Giovanni Traverso, l'autore senior dello studio

Sahab Babaee, un ricercatore del MIT, è l'autore principale del documento, che compare oggi in materiali della natura.

Stents Stretchable

Le malattie infiammatorie del tratto di GI, come IBD, sono trattate spesso con le droghe che inumidiscono la risposta immunitaria dell'organismo. Queste droghe sono iniettate solitamente, in modo da possono avere effetti secondari altrove nell'organismo. Traverso ed i suoi colleghi hanno voluto fornire un modo consegnare tali droghe direttamente ai tessuti commoventi, diminuenti la probabilità degli effetti secondari.

Gli Stents potrebbero offrire un modo consegnare le droghe ad una parte mirata a dell'apparato digerente, ma inserire qualunque genere di stent nel tratto di GI può essere complesso perché l'alimento digerito sta muovendosi continuamente attraverso il tratto. Per rendere questa possibilità più fattibile, il gruppo del MIT ha fornito l'idea di creazione uno stent che sarebbe stato inserito temporaneamente, della casetta saldamente nel tessuto per consegnare il suo carico utile e poi facilmente è eliminato.

Lo stent che hanno progettato ha due elementi chiave -- un tubo molle e elastico fatto adi gomma basata a silicone e un rivestimento di plastica inciso con i aghi di stampa quel pop-up quando il tubo è allungato. La progettazione è stata ispirata dal kirigami, una tecnica che il laboratorio di Traverso precedentemente ha usato per progettare un rivestimento antisdrucciolevole per le suole di scarpa. Altri la hanno usata per creare le fasciature che attaccano più saldamente alle ginocchia e ad altre giunzioni.

“La novità del nostro approccio è che abbiamo utilizzato gli strumenti e concetti dai meccanici, combinati con il bioinspiration dagli animali squamoso-pelati, per sviluppare una nuova classe di sistemi di rilascio con la capacità di depositare i depositi della droga direttamente nelle pareti luminal degli organi tubolari per la versione estesa,„ Babaee dice. “Gli stents di kirigami sono stati costruiti per fornire una trasformazione reversibile di forma: dal piano, a 3D, ai aghi di stampa inarcati-fuori per l'impegno del tessuto e poi alla forma piana originale per rimozione facile e sicura.„

In questo studio, il gruppo del MIT ha ricoperto i aghi di stampa di plastica di microparticelle che possono portare le droghe. Dopo che lo stent è inserito endoscopico, l'endoscopio è utilizzato per gonfiare un pallone dentro il tubo, inducente il tubo a prolungare. Mentre il tubo allunga, il moto di trazione causa i aghi di stampa nella plastica al pop-up e rilascia il loro carico.

“È un sistema dinamico in cui avete una superficie piana e potete creare questi piccoli aghi di stampa che pop-up e unità nel tessuto per fare la consegna della droga,„ Traverso dice.

Per questo studio, i ricercatori hanno creato i aghi di stampa di kirigami di varie dimensioni e forme. Dalla variazione dadelle quelle funzionalità come pure dallo spessore della lamiera sottile di plastica, i ricercatori possono gestire quanto profondamente i aghi di stampa penetrano nel tessuto. “Il vantaggio del nostro sistema è che può applicarsi ai vari disgaggi di lunghezza da abbinare con la dimensione dei compartimenti tubolari dell'obiettivo del tratto gastrointestinale o di tutti gli organi tubolari,„ Babaee dice.

Consegna della droga di GI

I ricercatori hanno provato gli stents endoscopico inserendoli nell'esofago dei maiali. Una volta che lo stent esistesse, i ricercatori hanno gonfiato il pallone dentro lo stent, permettendo i aghi di stampa al pop-up. I aghi di stampa, che hanno penetrato circa il millimetro mezzo nel tessuto, sono stati ricoperti di microparticelle che contengono una droga chiamata budesonide, uno steroide che è usato per trattare IBD e l'esofagite eosinofila.

Una volta che le particelle droga contenenti fossero depositate nel tessuto, i ricercatori hanno deflazionato il pallone, appiattente i aghi di stampa in modo dallo stent potrebbe endoscopico essere eliminato. Questo trattamento ha richiesto soltanto una coppia di minuti e le microparticelle quindi sono restato nel tessuto e gradualmente hanno rilasciato il budesonide per circa una settimana.

Secondo la composizione delle particelle, potrebbero essere sintonizzate per rilasciare le droghe su un periodo ancora più lungo, Traverso dice. Ciò potrebbe renderla più facile tenere i pazienti sul programma corretto della droga, perché più non avrebbero dovuto catturare la droga stessi, ma periodicamente riceverebbe la loro medicina via l'inserzione temporanea dello stent. Egualmente eviterebbe gli effetti secondari che possono accadere con l'amministrazione sistematica della droga.

I ricercatori egualmente hanno indicato che potrebbero consegnare gli stents nei vasi sanguigni e nelle vie respiratorie. Ora stanno lavorando a consegnare altri tipi di droghe e sulla operazione di disgaggio sul processo di fabbricazione, con lo scopo finalmente di prove degli stents in pazienti.

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.