他，3个月，2篇Nature Nanotechnology，1篇Nature Materials！
奇物论
2021-06-16
几十年来，植入式药物库已应用于身体的一系列部位，包括大脑。对于体内的管状结构，如胃肠 (GI) 系统、气道和脉管系统，靶向给药仍然具有挑战性。在患有肠内和呼吸系统恶性肿瘤的患者中，无涂层支架为阻塞的管腔结构提供机械支架，但不提供抗增殖剂的释放，从而减少与支架失效相关的组织生长。嗜酸粒细胞性食管炎和炎症性肠病也可能受益于新的局部给药策略，其目的是在炎症部位达到高药物浓度，同时尽量减少健康或远处组织的暴露，并避免通常用于治疗炎症性肠病的全身药物的免疫抑制作用疾病。腔内给药系统，如药物洗脱支架和药物包衣球囊，可有效地提供局部高浓度的抗增殖药物，减少阻塞性动脉粥样硬化血管的再狭窄（或再狭窄）。然而，现有的药物涂层球囊由于药物从球囊到血管壁的转移和滞留受到限制，因此需要新的局部给药系统。最近，Kirigami（一种类似于折纸的日本纸艺术形式）使设计一系列新颖的功能工具和可编程系统成为可能，从宏观软执行器和机器人到微电子和纳米结构。屈曲诱导折纸结构经过设计，可利用局部弹性不稳定性进行从平面到复杂 3D 架构的多种形状转换。鉴于此，受到蛇和鲨鱼等有鳞动物皮肤的启发，麻省理工学院Giovanni Traverso等人开发了一种药物沉积支架，该支架由周期性排列的齿状针（即折纸圆柱壳）和气动软致动器组成, 用于持续局部给药。成果发表在Nature Materials上。1）首先，圆柱形折纸皮肤由嵌入薄塑料片中的周期性排列的蛇齿状切口组成。2）第二个组件是一个气动纤维增强软致动器，由 1.5 毫米厚的硅橡胶制成，可以提供线性运动，以在剪纸皮肤中引起拉伸应变并触发针弹出。针头可以涂上药物颗粒（PLGA），以便通过圆周注射局部递送治疗剂。kirigami 支架可以制造成各种尺寸，以内窥镜方式放置在胃肠道中。重要的是，研究人员证明了通过对软致动器加压，kirigami针被迫向外弯曲，使得它们的方向从平面到垂直于支架主体表面发生变化。该装置的径向扩张，可高达支架直径的 60%，使得能够粘膜下注射载有药物的可降解微粒。通过结合有限元 (FE) 模拟和实验，研究人员改进 了kirigami 支架的力学结构，然后，研究人员在设计上涂上布地奈德负载的聚合物微粒以支持延长药物递送，然后在猪的食道中进行测试。布地奈德是一种常用于治疗一系列胃肠道疾病的药物。在移除支架之前，kirigami 针在其弹出配置中停留了两分钟。当研究人员在不同时间（药物递送后 1、3 和 7 天）处理动物时，他们发现动物组织中所有时间点的治疗剂浓度，表明递送系统可以促进治疗剂的持续给药。综上所述，这些基于 kirigami 的可注射支架可以作为一类新的局部药物释放系统，能够通过将药物颗粒多点直接沉积到管腔壁中来部署药物库，从而增强持续的局部药物递送。此外，除了胃肠道外，研究人员还识别出体内的许多管状器官，在体内和体外证明了该系统与呼吸和血管系统交互的能力。因此，最终的结果是希望药物的长期释放，以便有一天患者可以接受局部治疗并接受数周甚至数月甚至数年的治疗，从而消除常规服用药物的需要处方药，如类固醇或其他药物，可以真正改变患者的体验。
1. Babaee, S., Shi, Y., Abbasalizadeh, S. et al. Kirigami-inspired stents for sustained local delivery of therapeutics. Nat. Mater. (2021).https://doi.org/10.1038/s41563-021-01031-1
2. Reker, D., Rybakova, Y., Kirtane, A.R. et al. Computationally guided high-throughput design of self-assembling drug nanoparticles. Nat. Nanotechnol. (2021).
https://doi.org/10.1038/s41565-021-00870-y
3. Kirtane, A.R., Verma, M., Karandikar, P. et al. Nanotechnology approaches for global infectious diseases. Nat. Nanotechnol. (2021).https://doi.org/10.1038/s41565-021-00866-8
Giovanni Traverso是麻省理工学院（MIT）机械工程系的助理教授，也是哈佛医学院布莱根妇女医院胃肠病科的胃肠病学家。Traverso博士的先前工作专注于开发用于早期发现结肠癌的新型分子检测方法。在博士后研究期间，他在麻省理工学院的Robert Langer教授的实验室中过渡到化学和生物医学工程领域，在那里他开发了一系列新颖的技术，用于通过胃肠道进行药物输送和生理传感。
他目前的研究计划专注于开发下一代药物输送系统，以实现安全有效地输送治疗药物，并开发新颖的可摄入电子设备，以感应广泛的生理和病理生理参数。此外，Traverso博士继续致力于开发能够早期发现癌症的新型诊断测试。
