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【Science子刊】约翰·霍普金斯大学创造灰尘大小设备,可协助药物在胃肠道停留24小时之久!

首页 » 《转》译 2020-11-04 转化医学网 赞(2)
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导读
胃肠道给药的治疗效果比注射治疗好,但是有的药物在胃肠道停留时间过短,没有完全发挥药效,影响治疗效果。最近约翰·霍普金斯大学的科学家发明了一种微型设备,解决了药物在胃肠道停留时间过短问题。


  胃肠道给药比注射给药具有更好的治疗效果。胃肠道给药可以有效吸收到体循环中,因为胃肠道粘膜具有巨大的肠表面积和丰富的血管。
  在儿童以及与无意识的患者中,通常会用到直肠给药。虽然口服给药在所有给药方式里是效果好的,但是反复口服给药或直肠给药通常面临药物在胃肠道停留时间过短问题,从而影响药效。因此,目前迫切需要解决这一问题。
  最近有项新研究开发了一种高效输送药物的微型机器,可延长药物在体内的释放时间。
  这项新研究由约翰·霍普金斯大学怀廷工程学院的David Gracias教授和约翰·霍普金斯炎症性肠病中心主任Florin M. Selaru博士领导,近日发表在《Science Advances》上,题为“Gastrointestinal-resident, shape-changing microdevices extend drug release in vivo”。研究显示:药物可在啮齿动物的结肠中停留一整天,发挥更长时间的作用。

  图  文章发表   来源: 《Science Advances》
  约翰·霍普金斯大学的研究人员从钩虫的线索中汲取了灵感(因为钩虫可以在胃肠道中存活长达两年之久),他们发明了一种扇形的微型设备,该设备可以将其“牙齿”嵌入胃肠道粘膜中并随着时间的推移缓慢释放药物。
  David Gracias教授和Florin M. Selaru博士领导了一组研究人员和生物医学工程师,设计并测试了可变形的微型设备,该设备模仿了寄生性钩虫附着在肠道的方式。

  Theragripper只有灰尘大小,包含许多微型设备

  研究人员称该设备为“ theragrippers”。它由金属薄膜制成,带有锋利的“微尖”并覆盖热敏蜡层,都如尘埃大小,设备都载有药物聚合物贴,可携带任何药物并将其释放到体内。Theragrippers一旦达到体内,蜡层就会软化,从而导致设备折叠。合力将微尖端推入粘液膜,药物在此处开始释放。
  约翰·霍普金斯大学的科学家总结说:“Theragrippers可在人体内改变形状,并锁定在GI道上,从而将微小的贴片放置在适当的位置以释放其药效”。
  研究人员认为,该装置能在胃肠道的任何部分工作,从小肠到食道,但在动物试验中将重点放在结肠上。该团队对这些设备进行了管理,因为对于小儿患者以及溃疡性结肠炎等疾病的局部治疗,该方法更适合。
  在试验中,研究小组将其抓手与抗炎药酮咯酸配对使用,酮咯酸是一种已有数十年历史的止痛药,在正常情况下可以迅速清除,并在体内停留了不到三个小时。研究人员说,这给评估微型设备的功能提出了“严峻”挑战。

  约翰·霍普金斯大学的研究人员用每3英寸的硅片制造了约6,000个Theragrippers。在他们的动物实验中,他们将减轻疼痛的药物加载到了夹具上。当夹具上的石蜡涂层达到体内温度时,设备将自动关闭并夹在结肠壁上。闭合动作使六点形的细小装置深入粘膜并保持附着在结肠上,并保留在那里并逐渐将其药物有效载荷释放到体内。最终,Theragrippers失去了对组织的控制,并通过正常的胃肠道肌肉功能从肠道清除。
  Gracias说:“Theragrippers并不依赖电力,无线信号或外部控制。相反,它们像小型的压缩弹簧一样工作,在设备上带有温度触发涂层,可在体温下自动释放存储的能量。”
  研究人员的研究发现,与对照组相比,使用theragrippers的动物在其血液中具有更高的止痛药浓度。该药物在测试对象的系统中停留了近12个小时,而对照组则停留了2个小时。研究小组展示了它在胃肠道上的移动情况,可以将其附着在猪胃和食道样品上超过24小时。
  尽管这项研究仍处于初期阶段,但由于肠道的巨大表面积和整个胃肠道的丰富粘膜血管,研究研究人员希望Theragrippers能够彻底改变胃肠道的药物输送时间。
  粘膜黏附系统(如颊贴片)可以将药物在胃肠道中的持久性延长至五到六个小时,但它们在那里的停留时间无法更长。渗透粘液的颗粒提供了另一种选择,但是通常会在一天后由于GI粘液清除身体而将颗粒洗掉。
  约翰·霍普金斯大学已申请了与该技术有关的专利。(转化医学网360zhyx.com)

参考资料:
  【1】https://medicalxpress.com/news/2020-11-tiny-machines-medicine-efficiently.html

【2】https://www.fiercepharma.com/drug-delivery/inspired-by-hookworms-johns-hopkins-scientists-develop-fanged-microdevice-for

【3】https://advances.sciencemag.org/content/6/44/eabb4133

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