受日本纸艺术启发的支架可以将药物直接输送到胃肠道

支架会被涂上一层光滑的塑料，上面蚀刻着小“针”，当导管被拉伸时这些小“针”就会弹出从而使这些针能够穿透组织并传递含有药物的微粒。这些药物在支架取出后的一段时间内释放。

MIT机械工程助理教授、布莱根妇女医院胃肠病学家、这项研究的论文第一作者Giovanni Traverso指出，这种局部给药可以使炎症性肠病或嗜酸性食管炎等胃肠道炎症性疾病的治疗变得更加容易。

“这项技术基本上可以应用于任何管状器官，”Traverso说道，“通过允许在一次治疗后的局部、延长药物递送，有能力在不频繁的基础上提供局部药物，真正最大限度地帮助解决患者的病情并可能改变我们对患者护理的看法。”

MIT研究科学家Sahab Babaee是2021年6月14日发表在《Nature Materials》上的新研究论文的第一作者。

可伸缩支架

胃肠道炎症性疾病如IBD通常通过抑制身体免疫反应的药物来展开治疗。这些药物通常是注射的，所以它们可能会对身体其他部位产生副作用。Traverso和他的同事们想要找到一种能将这种药物直接运送到受影响的组织进而减少副作用可能性的方法。

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，因为消化后的食物在消化道中持续移动。为了使这一可能性更加可行，MIT的研究小组提出了一个想法，即制造一种支架，这种支架可以被暂时插入且可牢固地放置在组织中，然后传递有效载荷，随后则很容易取出。

他们设计的支架有两个关键元素–一个柔软的、有弹性的、由硅基橡胶制成的管以及一个上面蚀刻有当管被拉伸时会弹出的针的塑料涂层。该设计的灵感来自折纸艺术。 Traverso的实验室曾使用这种技术设计鞋底防滑涂层。其他人则曾使用它来制造过能更牢固地粘在膝盖和其他关节上的绷带。

Babaee表示：“我们的方法的新颖之处在于我们使用了来自力学的工具和概念、结合了来自鳞状皮肤动物的生物灵感，以开发了一种新型的药物释放系统，该系统能将药物直接存放到管状器官的管腔壁上以进行延长释放。折纸艺术支架的设计提供了一个可逆的形状转换：从扁平到3D、用于组织接触的带扣针头，然后变成最初的扁平形状便于安全移除。”

在这项研究中，MIT研究小组在塑料针头上涂上了可以携带药物的微粒。在内窥镜下置入支架后，内窥镜被用来在导管内充气气球，使导管拉长。当管子伸展时，拉力运动使塑料中的针弹起来进而释放出了它们的货物–药物。

Traverso表示：“这是一个动态的系统，你有一个平坦的表面，你可以创造这些小针头，它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折纸艺术针。通过改变这些特征及塑料片的厚度，研究人员可以控制针进入组织的深度。Babaee说道：“我们系统的优势在于，它可以应用于各种长度尺度，这跟胃肠道或任何管状器官的目标管状腔室的大小相匹配。”

GI药物输送

研究人员通过内窥镜将支架插入猪的食道进行测试。支架就位后，研究人员将支架内的气球充气从而使针头弹出。这些针在组织中穿透了约半毫米，上面覆盖着含有一种叫做布地奈德的药物的微粒。布地奈德是一种类固醇，用于治疗IBD和嗜酸性食管炎。

一旦含有药物的颗粒沉积在组织中，研究人员就会放掉气球从而使针头变平，这样支架就可以通过内窥镜取出来。这个过程只需要几分钟，微粒就会留在组织中并逐渐释放布地奈德约一周时间。

根据粒子的组成，它们可以被调整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计划，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。它还能避免全身用药时可能出现的副作用。

研究人员还表明，他们可以将支架送入血管和呼吸道。他们现在正致力于提供其他类型的药物并扩大生产过程，最终的目标是在患者身上测试这种支架。