作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 作为自锁式药物输送装置的可改变形状的治疗夹
钩虫甲心室齿的扫描电子显微镜图像
十二指肠
蠕虫利用这些锋利的牙齿穿透粘膜，并在胃肠道中粘附长达2年
转载自《人体寄生虫学》，第4版
版权所有2013，经爱思唯尔许可
(二)处于闭合状态的夹钳的扫描电镜图像
像钩虫一样，钩虫带有锋利的微型尖端
(三)单个和(四)多个附着在粘膜组织上并释放包封药物(绿色)的抓钳示意图
比例尺，100微米
(五)使用压力驱动的微流体流动控制器对装载药物的治疗钳进行直肠给药的概念说明
图像(C)至(E)用L表示
格雷格
MFCS，微流体流动控制系统
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
abb4133 本周《科学进展》的在线封面故事以一个概念胃肠微型装置为特色，该装置是由一个研究小组为延长药物释放而开发的
由于胃肠道运动及其导致的从体内消除，用于延长药物释放的药物递送平台已被证明在生物工程领域的发展具有挑战性
在一份新的报告中，美国约翰·霍普金斯大学的阿里吉特·戈什和一组跨学科研究人员在化学和生物分子工程、胃肠病学和肝病学、材料科学、药物发现和神经学方面进行了研究
S
据报道，新的载药装置是由被称为钩虫的寄生蛔虫的抓握机制生物感应的
寄生虫可以在小肠中停留很长时间，以宿主的血液为食
Ghosh等人
设计并开发了一种他们称之为抓钳的抓钳结构，将爪子伸入肠道的粘膜组织
该装置根据体温或其他生物信号进行抓取，并将药物释放到胃肠道腔内
作为概念的证明，他们展示了这些装置是如何粘附在活老鼠的胃肠道上24小时的，并展示了用于缓解中度疼痛的非甾体抗炎药的消除半衰期增加了6倍
这项工作表明，该装置有助于药物在体内停留更长的时间
这项工作提供了关于自锁微器件的一流证据，以有效改善延长和增强药物输送
在胃肠道中输送药物 在这项工作中，Ghosh等人
受到十二指肠钩虫(钩虫)的生物机制的启发，这种钩虫在人体肠道中存在长达两年
这项工作首次提出了亚毫米级闭锁工具用于增强体内药物释放和保留的临床前证据
与注射剂相比，通过胃肠道给药可以提高顺应性，从而获得更好的治疗效果
通过胃肠道给药的药物允许有效的吸收和体循环，这是由于巨大的肠道表面积和胃肠道粘膜丰富的血管形成
例如，科学家先前已经开发了用于改善滞留的粘液渗透颗粒(MPPs)，尽管这种装置在一天后由于清除了下面的粘液层而被移除
因此，目前迫切需要开发扩展的药物递送系统
增强长效药物的钩虫微器件示意图增强大鼠体内长效药物输送的钩虫微器件示意图
图片来源:莉迪亚·葛雷格2020 JHU，《科学进展》，doi: 10
1126/sciadv
abb4133大鼠分娩
图片来源:莉迪亚·葛雷格2020 JHU，《科学进展》，doi: 10
1126/sciadv
abb4133 实验:开发医用夹钳 为了实现胃肠腔的自动闭锁
依赖于装置的热触发释放
他们在微执行器上安装了一个载药贴片，以释放酮咯酸(一种止痛药)作为模型药物
治疗钳在结肠中保留24小时，允许显著暴露于药物，导致给药后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、形状变化和自锁式治疗夹在胃肠道中延长药物释放的有效性
科学家们使用了多种锋利的微型尖端来设计夹钳，以确保像钩虫一样锁定在胃肠粘膜上
他们用热敏蜡层覆盖了抓手的厚而坚硬的部分和双层铰链
植入后，装置的表面石蜡或蜡层在体温下软化，自动触发动物模型胃肠道内的爪子
研究小组使用了混合材料，其中含有由金和铬制成的金属聚合物，并带有药物洗脱聚合物贴片，用于药物的控制释放
载药聚合物对下层金属支架的粘合强度防止了药物贴片在胃肠蠕动过程中的脱层(移除)
该材料是生物相容的，对药物输送没有潜在毒性
该小组选择了儿童患者和溃疡性结肠炎治疗干预中最常见的直肠给药途径
荧光素能够可视化从抓具中释放的化学物质
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
abb4133 正在调查机器人 Ghosh等人
首先调整电沉积在装置上的药物贴片的孔隙率，以装载和释放药物24小时
他们使用酮咯酸
S
美国食品和药物管理局批准的非甾体抗炎药，作为啮齿动物模型体内实验的高清除率(半衰期小于3小时)候选模型
聚合物的孔径有助于以可接受的速率释放大量酮咯酸，研究小组使用250微米大小的医用夹钳在大鼠体内输送药物
构建体比典型的大鼠结肠直径小32倍，重约300克
Ghosh等人
通过改变结构的参数来调节夹持器的穿透力，并使用有限元方法来估计装置折叠爪产生的力
研究小组在上颚夹的尖端施加了一个约束，以防止它在模拟过程中折叠，并计算了结肠上每个上颚夹微尖端的近似压力，该压力在0
4比0
6兆帕
结果表明，他们有潜力施加足够的压力，打破粘膜屏障，而不损害结肠
微夹钳的平行制作及其体外载药释药特性
(一)功能框图，说明了一系列热夹持器的微制造步骤，显示了致动层、药物洗脱层和热响应触发器
(二)扫描电镜照片显示，在一个22号皮下注射针的尖端附近有一个钳子
夹钳足够小，可以安全地通过胃肠道而不会造成任何胃阻塞
(三)扫描电镜图像显示单个250微米，作为制造的抓手，在中心有药物封装的壳聚糖贴剂，在铰链上有石蜡触发层
(4)高分辨率扫描电子显微镜图像，显示了位于夹持器中心的壳聚糖贴片的表面形态
该贴片具有尺寸小于100纳米的孔
(五)酮咯酸从四种不同大小的牙托中的释放特性
(六)显示不同尺寸的医用夹钳的药物装载能力的相对比例的曲线图
整个装载的药物在24小时内释放
当250-微米捕鼠器用于我们在大鼠体内的实验时，更大的1
5毫米的医用夹钳可以装载大约100倍的药物，用于更大的动物模型和人体
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
abb4133 体外和体内附着，然后全身给药 该团队使用大鼠结肠组织进行离体(在实验室外部进行的组织实验)抓钳附着研究，并使用扫描电子显微镜观察表面渗透
在大鼠体内实验期间，Ghosh等人
通过使用气动微流体控制器，在一次注射中部署了数千个夹具(PMC)
该小组通过气动输送系统将药物通过直肠内的抓钳输送到颈静脉插管大鼠体内
大鼠结肠在附着部位看起来正常，表明没有组织损伤或炎症
该小组还用猪模型进行了类似的实验，以了解作为上消化道常驻装置的抓钳
在这些研究中，该装置在不到一分钟的时间内通过食道，并在结肠上停留长达一天
所有的实验都证明了通过自然的粘膜翻转可以安全地从身体上去除抓手
每个治疗夹含有大约23纳克的酮咯酸，用于持续的药物浓度，并且与原始的酮咯酸相比显示出延迟的清除
夹钳可以施加足够的力来穿透粘膜
(一)由有限元法生成的夹纱器产生的力与折叠百分比的关系图
夹钳的每个爪可以产生大约0的最大力
每个铰链6微牛顿
插图显示了由红点标记的折叠过程不同阶段的模拟配置
图例中的颜色表示夹爪中冯米塞斯应力的大小
(二)夹纱器尖端的特写扫描电子显微镜图像，显示尖端的横截面宽度约为3
1微米和1的高度(H)
6微米
为了估计夹持器驱动时尖端施加的压力，我们使用赫兹接触力学模型，并假设尖端为直径为1的球体
6至3
1微米
(三)离体实验显示许多抓钳卡在大鼠的结肠上
插图显示了单个拉夹的亮场放大图像
(四)穿入离体结肠的钳具横截面的微断层图像
(五)钳夹在离体结肠粘膜上的扫描电镜图像
(六)(五)红色轮廓区域的放大图，显示爪子刺入结肠组织
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
abb4133 通过这种方式，阿里吉特·戈什和他的同事们开发了一个多功能的热响应治疗夹平台，用于在体内较小的导管中分散药物
该团队通过改变几何形状、水凝胶基质和药物配方，观察药物释放和抓手在结肠中保留24小时，显著提高了性能
由于抓具的热响应特性，团队需要冷藏设备，以便立即和长期储存
他们用模型药物酮咯酸进行了概念验证研究，结果显示半衰期增加了近12小时，这一概念可以扩展到其他药物
这种新型、多功能的给药系统是基于活体动物的自锁功能，是给药的新范例
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
