麻省理工学院的工程师和他们的合作者受到日本剪纸艺术的启发，设计了一种新型支架，可用于将药物输送到胃肠道、呼吸道或其他管状器官在身体里。

支架涂有一层光滑的塑料，上面刻有小“针”，当管被拉伸时会弹出，让针穿透组织并输送含药物微粒的有效载荷。在支架移除后，这些药物会在很长一段时间内释放。

麻省理工学院机械工程助理教授、布里格姆妇女医院胃肠病学家、高级研究员乔瓦尼·特拉弗索 (Giovanni Traverso) 表示，这种局部给药可以更容易地治疗影响胃肠道的炎症性疾病，例如炎症性肠病或嗜酸性粒细胞性食管炎。该研究的作者。

“这项技术基本上可以应用于任何管状器官，”特拉弗索说。“能够在不频繁的情况下在本地提供药物，真正最大限度地提高了帮助解决患者病情的可能性，并且可以通过在一次治疗后实现本地、长时间的药物递送来改变我们对患者护理的看法。”

麻省理工学院研究科学家 Sahab Babaee 是该论文的主要作者，该论文今天发表在Nature Materials 上。

可拉伸支架

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治疗。这些药物通常是注射的，因此它们可能会对身体的其他部位产生副作用。Traverso 和他的同事想想出一种方法，将此类药物直接输送到受影响的组织，从而降低出现副作用的可能性。

支架可以提供一种将药物输送到消化道目标部位的方法，但将任何类型的支架插入胃肠道都可能很棘手，因为消化的食物会不断地通过消化道。为了使这种可能性更加可行，麻省理工学院的团队提出了创建一种支架的想法，该支架可以暂时插入，牢固地插入组织以提供其有效载荷，然后可以轻松移除。

他们设计的支架有两个关键元素——一个由硅橡胶制成的柔软、有弹性的管子，以及一个用针蚀刻的塑料涂层，当管子被拉伸时会弹出。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。其他人已经用它来制作更牢固地粘在膝盖和其他关节上的绷带。

“我们方法的新颖之处在于，我们使用来自力学的工具和概念，结合来自鳞状皮肤动物的生物启发，开发出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腔壁中，延长释放，”Babaee 说。“kirigami 支架旨在提供可逆的形状转换：从平面到 3-D，用于组织接合的扣针，然后到原始平面形状，以便轻松安全地移除。”

在这项研究中，麻省理工学院的团队在塑料针上涂上了可以携带药物的微粒。通过内窥镜插入支架后，使用内窥镜使管内的气球膨胀，使管伸长。随着管子的拉伸，拉动会导致塑料中的针弹出并释放它们的货物。

“这是一个动态系统，在那里你有一个平坦的表面，你可以创建这些弹出的小针头并驱动到组织中以进行药物输送，”Traverso 说。

在这项研究中，研究人员制作了几种不同尺寸和形状的剪纸针。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刺入组织的深度。“我们系统的优势在于它可以应用于各种长度尺度，以与胃肠道或任何管状器官的目标管状隔室的大小相匹配，”Babaee 说。

胃肠道给药

研究人员通过内窥镜将支架插入猪的食道来测试这些支架。一旦支架就位，研究人员就会给支架内的气球充气，让针头弹出。刺入组织约半毫米的针头上涂有含有一种叫做布地奈德的药物的微粒，布地奈德是一种用于治疗 IBD 和嗜酸性粒细胞性食管炎的类固醇。

一旦含有药物的颗粒沉积在组织中，研究人员就会给气球放气，将针头弄平，这样就可以通过内窥镜取出支架。这个过程只用了几分钟，然后微粒留在组织中并逐渐释放布地奈德约一周。

Traverso 说，根据颗粒的组成，它们可以被调整以在更长的时间内释放药物。这可以更容易地让患者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出现的副作用。

研究人员还表明，他们可以将支架植入血管和呼吸道。他们现在正致力于提供其他类型的药物并扩大制造过程，目标是最终在患者身上测试支架。

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