研究人员研发可变形的微型设备 可将药物有效地输送到胃肠道

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约翰·霍普金斯大学的研究人员受到寄生虫的启发,这种蠕虫将锋利的牙齿挖入宿主的肠道,约翰·霍普金斯大学的研究人员设计了微型的星形微装置,可以锁定在肠粘膜上并将药物释放到体内。


约翰·霍普金斯大学怀廷工程学院的教授戴维·格拉西亚斯(David Gracias)和约翰·霍普金斯炎症性肠病中心主任约翰·霍普金斯胃肠病学家Florin M. Selaru博士领导了一组研究人员和生物医学工程师,设计并测试了可变形的微型设备,该设备模仿了寄生性钩虫将自身附着到有机体肠道的方式。


“ theragrippers”由金属和薄薄的可变形膜制成,并涂有对热敏感的石蜡,每一种都与尘埃大小类似,可能会携带任何药物并将其逐渐释放到体内。

研究人员研发可变形的微型设备 可将药物有效地输送到胃肠道

Theragripper的大小大约只有一点点灰尘。该拭子包含许多微型设备。图片:约翰霍普金斯大学)


该小组本周在《科学进展》杂志上发表了一项动物研究的结果,作为封面文章(“驻留胃肠道的可变形微设备扩展了体内药物的释放”)。


逐渐或长期释放药物是医学上一个长期的目标。Selaru解释说,缓释药物的一个问题是,它们通常在完成分配药物之前完全通过胃肠道。


“胃肠道肌肉的正常收缩和松弛使延长释放的药物无法在肠内停留足够长的时间,以使患者无法接受全剂量,”与格拉西亚斯(Gracias)合作超过10年的塞拉鲁说。“我们一直在通过设计这些小型药物载体来解决这个问题,这些载体可以自主地卡在肠粘膜上,并使药物负荷保持在胃肠道内所需的时间。”


打开和关闭Theragripper

研究人员研发可变形的微型设备 可将药物有效地输送到胃肠道

当左打开的Theripper暴露于体内温度时,它在肠壁上关闭。在抓取器的中央是一个小剂量药物的空间。比例尺50 µm。图片:约翰霍普金斯大学)


数千个Theragrippers可以部署在胃肠道中。当夹具上的石蜡涂层达到体内温度时,设备将自动关闭并夹在结肠壁上。闭合动作使六点形的细小装置深入粘膜并保持附着在结肠上,并保留在那里并逐渐将其药物有效载荷释放到体内。最终,Theragrippers失去了对组织的控制,并通过正常的胃肠道肌肉功能从肠道清除。


Gracias指出了近年来生物医学工程领域的进步。


他说:“我们已经看到了可以通过电或化学信号控制的动态,微细制造的智能设备。” “但是这些夹持器非常小,以致电池,天线和其他组件无法安装在其上。”


Gracias说,Theragrippers并不依赖电力,无线信号或外部控制。“相反,它们像小型的压缩弹簧一样工作,在设备上带有温度触发涂层,可在体温下自动释放存储的能量。”


约翰·霍普金斯大学的研究人员用每3英寸的硅片制造了约6,000个Theragrippers。在他们的动物实验中,他们将一种止痛药加载到了夹具上。研究人员的研究发现,与对照组相比,服用theragrippers的动物血液中的止痛药浓度更高。该药物在测试对象的系统中停留了近12个小时,而对照组则停留了2个小时。


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