Технология стентов, вдохновленная искусством вырезания из бумаги, позволяет доставлять лекарственные препараты в ЖКТ

2021-08-13

Stents inspired by paper-cutting art can deliver drugs to the GI tract

Изделие содержит два основных элемента — мягкую эластичную трубку, изготовленную из силиконовой резины, и пластиковое покрытие с врезанными иглами, которые выводятся при растягивании трубки. Благодарность: MIT

Инженеры MIT, а также их коллеги, вдохновленные японским искусством складывания и вырезания из бумаги, киригами, разработали новый тип стента, который можно использовать для доставки лекарственных препаратов в желудочно-кишечный тракт, дыхательные пути или в другие полые органы.

Стенты покрыты гладким слоем пластика, в который врезаны мелкие «иглы», которые при растягивании трубки выводятся на поверхность, прокалывают ткани и вводят в них определенную дозу микрочастиц, содержащих лекарственный препарат. Выделение лекарственных препаратов происходит в течение длительного периода времени после удаления стента.

Джованни Травезо, доцент кафедры механической инженерии MIT, гастроэнтеролог в Бригамской женской больнице, а также старший руководитель исследования, отмечает, что подобный способ локальной доставки препарата облегчает лечение воспалительных заболеваний желудочно-кишечного тракта, в том числе воспалительных заболеваний кишечника или эозинофильного эзофагита.

«Эту технологию можно использовать в любых полых органах», отмечает Траверсо. «Возможность периодической местной доставки препарата значительно повышает шансы на облегчение состояния этих пациентов и даже может переформатировать наши представления о принципах оказания медицинской помощи благодаря использованию препаратов с длительным локальным выделением после однократного введения».

Сахаб Баби, научный сотрудник MIT, является основным автором публикации, которая выходит сегодня в журнале Nature Materials.

Растягиваемые стенты

Для лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта, включая ВЗК, часто назначают лекарственные препараты, угнетающие иммунный ответ организма. Эти препараты обычно вводят инъекционно, и они оказывают побочные эффекты в организме. Траверсо с коллегами решили разработать способ доставки подобных препаратов непосредственно к пораженным тканям, чтобы снизить вероятность системных побочных эффектов.

С помощью стентов можно доставлять препарат в конкретный отдел желудочно-кишечного тракта, однако введение стента в ЖКТ может быть затруднительным в связи с непрерывным перемещением перевариваемой пищи по последнему. Для облегчения этого способа исследовательская группа MIT разработала конструкцию стента, который временно ввоят в просвет ЖКТ, он плотно фиксируется к тканям, вводит необходимую дозу препарата и затем без затруднений удаляется.

Конструкция стента, которую они разработали, состоит из двух основных элементов — мягкой эластичной трубки из силиконовой резины, и пластикового покрытия с врезанными иглами, которые выводятся при растягивании трубки. При проектировании они вдохновлялись киригами — технологией, которую лаборатория Траверсо уже использовала ранее при создании не соскальзывающего покрытия с подошв обуви. Другие использовали эту технологию для создания перевязочных материалов, более плотно фиксирующихся на коленях и других суставах.

«Новаторство нашего подхода заключается в том, что мы взяли инструменты и концепции из области механики, объединили их с биологическим принципом строения кожи чешуйчатых животных, и разработали новый класс систем выделения лекарственных препаратов, позволяющий создавать депо препаратов непосредственно в стенках полых органов для пролонгированного высвобождения», говорит Баби. «Мы разработали стенты киригами, основным свойством которых является обратимое изменение формы: трансформация из плоской формы в 3-D конструкцию с выводящимися иглами для фиксации в тканях с последующим возвращением в плоскую форму для быстрого и безопасного извлечения».

Исследовательская группа MIT использовала технологию покрытия пластиковых игл микрочастицами, содержащими лекарственный препарат. После введения стента с помощью эндоскопа раздувается баллон внутри трубки, что приводит к ее удлинению. При растяжении трубки выталкивающее движение приводит к выведению игл и высвобождению их содержимого.

«Это динамическая система: у вас имеется плоская поверхность, на которой можно расположить маленькие иглы, которые в определенный момент выступают над поверхностью и проникают в ткани, доставляя в них лекарственный препарат», поясняет Траверсо.

Исследовательская группа создала конструкцию игл киригами различных размеров и форм. Благодаря этим характеристикам, а также толщине слоя пластика исследователи могут контролировать глубину проникновения игл в ткани. «Преимущество данной системы состоит в том, что ее можно использовать с иглами различной длины в зависимости от диаметра просвета полой структуры желудочно-кишечного тракта или других полых органов», отмечает Баби.

Способ доставки препарата в ЖКТ

Испытания стентов проводили путем эндоскопического введения в пищевод свиней. После установки стента исследователи раздували внутристентовый баллон, чтобы вывести иглы на поверхность. Иглы, проникающие на полмиллиметра в ткани, были покрыты микрочастицами, содержащими препарат под названием «будесонид» — стероид, используемый для лечения ВЗК и эозинофильного эзофагита.

После того как частицы, содержащие препарат, вводили в ткани, исследователи спускали баллон, чтобы иглы втянулись и стент можно было удалить при помощи эндоскопа. Этот процесс занимал всего лишь несколько минут, а микрочастицы оставались в тканях и постепенно выделяли будесонид в течение одной недели.

Дополнительная информация: Kirigami-inspired stents for sustained local delivery of therapeutics, Nature Materials (2021). DOI: 10.1038/s41563-021-01031-1

Цитирование APA: Stents inspired by paper-cutting art can deliver drugs to the GI tract (2021, June 14) получено 22 июня 2021 г.

Источник доступен по ссылке