據外媒報道，受摺紙藝術–日本的摺疊和摺紙藝術以創造三維結構–啟發，麻省理工學院(MIT)的工程師和他們的合作者們設計了一種可以用來提供向胃腸道、呼吸道或其他管狀體內器官輸送藥物的新型支架。
支架會被塗上一層光滑的塑料，上面蝕刻着小“針”，當導管被拉伸時這些小“針”就會彈出從而使這些針能夠穿透組織並傳遞含有藥物的微粒。這些藥物在支架取出后的一段時間內釋放。
MIT機械工程助理教授、布萊根婦女醫院胃腸病學家、這項研究的論文第一作者Giovanni Traverso指出，這種局部給葯可以使炎症性腸病或嗜酸性食管炎等胃腸道炎症性疾病的治療變得更加容易。
“這項技術基本上可以應用於任何管狀器官，”Traverso說道，“通過允許在一次治療后的局部、延長藥物遞送，有能力在不頻繁的基礎上提供局部藥物，真正最大限度地幫助解決患者的病情並可能改變我們對患者護理的看法。”
MIT研究科學家Sahab Babaee是2021年6月14日發表在《Nature Materials》上的新研究論文的第一作者。
可伸縮支架
胃腸道炎症性疾病如IBD通常通過抑制身體免疫反應的藥物來展開治療。這些藥物通常是注射的，所以它們可能會對身體其他部位產生副作用。Traverso和他的同事們想要找到一種能將這種藥物直接運送到受影響的組織進而減少副作用可能性的方法。
支架可以提供一種將藥物輸送到消化道的目標部分的方法，但將任何一種支架插入胃腸道都可能是棘手的，因為消化后的食物在消化道中持續移動。為了使這一可能性更加可行，MIT的研究小組提出了一個想法，即製造一種支架，這種支架可以被暫時插入且可牢固地放置在組織中，然後傳遞有效載荷，隨後則很容易取出。
他們設計的支架有兩個關鍵元素–一個柔軟的、有彈性的、由硅基橡膠製成的管以及一個上面蝕刻有當管被拉伸時會彈出的針的塑料塗層。該設計的靈感來自摺紙藝術。 Traverso的實驗室曾使用這種技術設計鞋底防滑塗層。其他人則曾使用它來製造過能更牢固地粘在膝蓋和其他關節上的繃帶。
Babaee表示：“我們的方法的新穎之處在於我們使用了來自力學的工具和概念、結合了來自鱗狀皮膚動物的生物靈感，以開發了一種新型的藥物釋放系統，該系統能將藥物直接存放到管狀器官的管腔壁上以進行延長釋放。摺紙藝術支架的設計提供了一個可逆的形狀轉換：從扁平到3D、用於組織接觸的帶扣針頭，然後變成最初的扁平形狀便於安全移除。”
在這項研究中，MIT研究小組在塑料針頭上塗上了可以攜帶藥物的微粒。在內窺鏡下置入支架后，內窺鏡被用來在導管內充氣氣球，使導管拉長。當管子伸展時，拉力運動使塑料中的針彈起來進而釋放出了它們的貨物–藥物。
Traverso表示：“這是一個動態的系統，你有一個平坦的表面，你可以創造這些小針頭，它彈出並進入組織進行藥物輸送。”
在這項研究中，研究人員創造了幾種不同大小和形狀的摺紙藝術針。通過改變這些特徵及塑料片的厚度，研究人員可以控制針進入組織的深度。Babaee說道：“我們系統的優勢在於，它可以應用於各種長度尺度，這跟胃腸道或任何管狀器官的目標管狀腔室的大小相匹配。”
GI藥物輸送
研究人員通過內窺鏡將支架插入豬的食道進行測試。支架就位后，研究人員將支架內的氣球充氣從而使針頭彈出。這些針在組織中穿透了約半毫米，上面覆蓋著含有一種叫做布地奈德的藥物的微粒。布地奈德是一種類固醇，用於治療IBD和嗜酸性食管炎。
一旦含有藥物的顆粒沉積在組織中，研究人員就會放掉氣球從而使針頭變平，這樣支架就可以通過內窺鏡取出來。這個過程只需要幾分鐘，微粒就會留在組織中並逐漸釋放布地奈德約一周時間。
根據粒子的組成，它們可以被調整以在更長的時間內釋放藥物。這可以使患者更容易保持正確的藥物計劃，因為他們不再需要自己服用藥物而是通過臨時插入支架定期接受藥物。它還能避免全身用藥時可能出現的副作用。
研究人員還表明，他們可以將支架送入血管和呼吸道。他們現在正致力於提供其他類型的藥物並擴大生產過程，最終的目標是在患者身上測試這種支架。