驻留胃肠道的可变形微设备可延长药物输送时间

《科学进展本周介绍了一种概念性胃肠道(GI)微型设备，该设备是由研究小组开发的，用于延长药物的释放。事实证明，由于胃肠道(GI)的运动及其从体内消除的作用，用于延长药物释放的药物输送平台在生物工程中难以发展。在一项新的报告中，约翰霍普金斯大学的化学和生物分子工程，胃肠病学和肝病学，材料科学，药物发现和神经病学领域的跨学科研究人员Arijit Ghosh报告说，新的载药装置受到了寄生round虫称为钩虫》的在线封面故事。寄生虫会在小肠中停留较长时间，以其宿主的血液为食。

戈什(Ghosh)等人。设计并开发了一种抓地力的结构，他们称其为Theragrippers，以将其爪子挖入肠道的粘膜组织。该设备响应人体热量或其他生物线索进行抓握，并将药物释放到胃肠腔中。作为概念验证，他们展示了装置如何紧贴活大鼠的胃肠道24小时，并证明了用于缓解中度疼痛的非甾体类抗炎药的消除半衰期增加了六倍。这项工作表明，该装置可帮助药物在体内停留更长的时间。这项工作提供了有关自锁微型设备的一流证据，以有效改善延长和增强的药物输送。

在胃肠道内输送药物

在这项工作中，Ghosh等人。灵感来自在人体肠道中长达两年的十二指肠钩虫(Ancylostoma duodenale)(钩虫)的生物机制。这项工作提供了亚毫米级闩锁工具用于增强体内药物释放和保留能力的首个临床前证据。与注射剂相比，通过胃肠道给药可以改善依从性，从而带来更好的治疗效果。通过胃肠道给药的药物由于巨大的肠表面积和丰富的胃肠道粘膜血管形成而允许有效吸收和全身循环。例如，科学家以前已经开发出可穿透粘液的颗粒(MPP)，以改善保留效果，尽管由于清除了下面的粘液层，因此一天后删除了此类设备。因此，目前迫切需要开发扩展的药物递送系统。

为了完成对胃肠道腔的自动锁定，Ghosh等人。依靠设备的热触发释放。他们将载药贴片锁定在微致动器上以输送酮咯酸(一种止痛药)作为模型药物。Theragrippers在结肠中保留24小时，使该药物显着暴露，给药后12小时血浆酮咯酸浓度增加10倍。概念验证工作验证了主动的，可变形的和自动闩锁的theragrippers可以在胃肠道中延长药物的释放。科学家使用多个尖锐的微尖来设计Theragrippers，以确保钩虫像钩虫一样紧贴在GI粘膜上。他们用热敏蜡层覆盖了Theragrippers的厚实的刚性段和双层铰链。植入后，该装置的表面石蜡或蜡层在体温下变软，以自动触发动物模型胃肠道内的爪。

研究小组使用了混合材料，这些材料包含由金和铬制成的金属聚合物，并带有药物洗脱聚合物贴剂，用于药物的控释。载药聚合物对下面的金属支架的粘附强度防止了胃肠道蠕动期间药物贴片的分层(去除)。该材料是生物相容的，对药物的输送没有潜在的毒性。该小组选择了小儿患者最常见的直肠给药途径以及溃疡性结肠炎的治疗干预措施。

调查Theragrippers

戈什(Ghosh)等人。首先调整电沉积在设备上的药物贴剂的孔隙度，以加载和释放药物24小时。他们在啮齿动物模型的体内实验中使用了食品药品监督管理局批准的酮咯酸非甾体抗炎药，该模型具有较高的清除率(半衰期少于3小时)。聚合物的孔径有助于以可接受的速率释放大量的酮咯酸，该小组使用250 µm大小的Theragrippers进行大鼠体内药物递送。该构建体比大鼠的典型结肠直径小32倍，重约300 g。戈什(Ghosh)等人。通过更改构造的参数来调整Theragripper的穿透力，并使用有限元方法估算设备折叠爪产生的力。研究小组在模拟物上施加了约束，以防止其在折叠过程中折叠，并计算出每个模拟物微尖端在结肠上的近似压力-范围为0.4至0.6 MPa。结果表明他们有可能施加足够的压力来破坏粘膜屏障而不会损害结肠。

离体和体内附着，然后全身给药

该团队利用大鼠结肠组织进行了活体除草剂附着研究(在实验室外部进行的组织上的实验)，并使用扫描电子显微镜(SEM)进行了可视化的表面渗透。在大鼠体内实验中，Ghosh等人。使用气动微流体控制器一次即可部署数千个抓具(PMC)。该研究小组通过气动输送系统将药物部署了Theragrippers直肠内输送给了颈静脉插管的大鼠。大鼠结肠在附着部位显得正常，表明没有组织损伤或炎症。该团队还使用猪(猪)模型进行了类似的实验，以了解Theragrippers是上消化道中的常驻装置。在这些检查过程中，该装置在不到一分钟的时间内通过食道，并在结肠上附着了长达一天的时间。所有实验都证明，通过自然的粘膜周转，可以安全地从身体上清除the纸器。与原始的酮咯酸相比，每个Theragripper都含有约23纳克的酮咯酸，以保持持续的药物浓度，并显示出延迟的清除。

通过这种方式，Arijit Ghosh及其同事开发了一种多功能的热响应性Theragrippers平台，用于将药物分散在体内较小的导管中。该团队通过改变几何形状，水凝胶基质和药物配方来观察药物释放以及24小时内结肠中of子的保留情况，从而显着提高了性能。由于Theragrippers具有热响应性，因此团队需要将设备冷藏以便立即和长期存放。他们对模型药物酮咯酸进行了概念验证研究，结果表明半衰期延长了将近12小时，该概念可以扩展到其他药物。新型多功能Theragripper药物递送系统基于活体动物的自闭锁，为药物提供了新的范例 行政。

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