受剪纸艺术启发的支架可以将药物输送到胃肠道

受kirigami(日本折叠和切割纸张以创造三维结构的艺术)的启发，麻省理工学院的工程师和他们的合作者设计了一种新型支架，可用于将药物输送到胃肠道、呼吸道或体内其他管状器官。

支架上覆盖着一层光滑的塑料，上面蚀刻着小“针”，当管子被拉伸时，小“针”就会弹出，让针能穿透组织并提供一个有效载荷药物含有微粒。在支架移除后，这些药物会在很长一段时间内被释放。

这种局部化药物输送能让它更容易治疗吗炎性疾病影响胃肠道，如炎症性肠病或嗜酸性食管炎，乔瓦尼·特拉韦尔索说，他是麻省理工学院机械工程助理教授，布莱根妇女医院的胃肠病学家，也是这项研究的资深作者。

“这项技术基本上可以应用于任何管状器官，”Traverso说。“有能力在当地提供药物，在不频繁的基础上，真正最大限度地帮助解决患者的病情，并可能改变我们的想法病人护理通过在一次治疗后实现局部延长给药时间。”

麻省理工学院的研究科学家Sahab Babaee是这篇论文的主要作者，该论文发表在今天的《科学》杂志上自然材料．

可伸缩的支架

胃肠道的炎症性疾病，如IBD，通常用抑制身体免疫反应的药物来治疗。这些药物通常是注射的，所以它们会在身体的其他地方产生副作用。特拉弗索和他的同事们想要找到一种方法，将这种药物直接输送到受影响的组织，减少副作用的可能性。

支架可以提供一种将药物输送到消化道的目标部分的方法，但将任何一种支架插入胃肠道都可能是棘手的，因为消化的食物不断地在消化道中移动。为了使这种可能性更加可行，麻省理工学院的研究小组想出了一个想法，即制造一种支架，可以暂时插入，牢固地嵌入组织中以传递有效载荷，然后很容易被移除。

他们设计的支架有两个关键元素——一个由硅基橡胶制成的柔软可伸缩的管子，以及一层蚀刻有针的塑料涂层，当管子被拉伸时，针就会弹出。该设计的灵感来自kirigami, Traverso的实验室之前曾使用这种技术为鞋底设计防滑涂层。还有人用它来制作绷带，可以更安全地贴在膝盖和其他关节上。

Babaee说:“我们的方法的新颖之处在于，我们使用了力学的工具和概念，结合鳞片皮肤动物的生物灵感，开发了一类新的药物释放系统，能够将药物库直接沉积到管状器官的管腔壁中，以延长释放时间。”“kirigami支架的设计提供了可逆的形状转换:从扁平的、到三维的、弯曲的针，用于组织接合，然后到原始的扁平形状，便于安全取出。”

在这项研究中，麻省理工学院的研究小组在塑料针上涂上了可以携带药物的微粒。在内窥镜下植入支架后，用内窥镜使管内的气球膨胀，使管内伸长。随着管子的拉伸，拉伸运动导致塑料中的针弹出并释放出它们的货物。

特拉韦尔索说:“这是一个动态系统，你有一个平坦的表面，你可以制造这些小针头，它们会弹出并进入组织，进行药物输送。”

在这项研究中，研究人员创造了几种不同大小和形状的kirigami针。通过改变这些特征以及塑料片的厚度，研究人员可以控制针头穿透组织的深度。“我们的系统的优点是，它可以应用于各种长度尺度，以匹配的大小的管状目标隔间胃肠道或者管状器官，”巴巴伊说。

胃肠道给药

研究人员通过内窥镜将支架插入猪的食道进行测试。一旦支架就位，研究人员将支架内的气球充气，使针头弹出。这些针头在组织中穿透了大约半毫米，上面包裹着一层含有布地奈德药物的微粒，布地奈德是一种用于治疗IBD和炎症的类固醇嗜酸性食管炎．

一旦含有药物的颗粒沉积在组织中，研究人员将气球放气，压平针头，这样就可以在内窥镜下取出支架。这个过程只需要几分钟，然后微粒留在组织中，逐渐释放布地奈德约一周。

Traverso说，根据粒子的组成，它们可以在更长的时间内释放药物。这可以使患者更容易保持正确的药物时间表，因为他们不再需要自己服用药物，而是通过临时插入支架定期接受药物。它还可以避免全身给药时可能发生的副作用。

研究人员还表明，他们可以将支架输送到血管和呼吸道．他们现在正致力于提供其他类型的药物，并扩大生产过程，最终的目标是测试这种药物支架在病人。