折纸又一篇自然材料仿生kirigami支架用于持续的局部治疗药物的递送扭力计

折纸又一篇《自然·材料》！仿生kirigami支架用于持续的局部治疗药物的递送

几十年来，植入式药库已经在包括大脑在内的人体多个部位得到应用。对于体内的管状结构，如胃肠道(GI)系统、气道和脉管系统，均表现为腔内疾病，靶向治疗仍然具有挑战性。腔内药物传递系统，如药物洗脱支架和药物涂层球囊，在提供高局部浓度的抗增殖药物和减少受梗阻性动脉粥样硬化影响的血管狭方面表现出巨大潜力中国机械网okmao.com。然而，由于药物从药物包覆球囊到血管壁的转移和滞留是有限的，导致现有的药物包覆球囊的疗效有限，因此需要开发新的局部给药系统。

在胃肠道中，涂层支架的临床潜力因相当高的并发症发生率而受到限制，包括支架迁移和组织穿孔。此外，药物洗脱支架的输送受到组织内扩散的影响，这可能限制了低分子量药物的输送，也限制了支持药物进入粘膜的靶组织的特殊物理化学特性。在胃肠道内，内镜注射最初是通过内镜引导注射针的发展而开创的，它改变了局部提供治疗各种适应症的能力，包括用肾上腺素止血、静脉曲张消融的硬化剂注射、粘膜下提物与生理盐水和其他材料，以及类固醇注射用于炎症控制和注射生物制剂用于炎症狭窄管理。所有这些应用主要是使用一种可在内窥镜下部署的皮下针头，支持单部位注射。认识到许多胃肠道疾病，包括炎症性肠病、嗜酸性消化道疾病和腹腔疾病，经常影响胃肠道的多厘米片段，因此，MIT Giovanni Traverso教授组试图开发了一种kirigami介导的药物沉积支架系统，可以提供快速环向和纵向的可控药物释放系统的粘膜下沉积，从而解决以上问题。

Kirigami是日本折纸的一种艺术形式，具有空间上的可变性，其样式变化的灵感被广泛地应用于各类 “超材料” 的设计制备中。屈曲诱导的kirigami结构利用局部弹性失稳可进行平面到复杂的三维(3D)建筑的多种形状变换。最近，弯曲kirigami超表面已被应用于鞋外底，以产生更高的摩擦力，并在一系列环境中减少滑倒的风险。在此，受蛇和鲨鱼等有鳞动物皮肤的启发，Giovanni Traverso教授组开发了一种药物沉积支架，它由定期排列的齿状针(即kirigami圆柱形外壳)与气动软驱动器集成，如图1所示。通过结合有限元(FE)模拟和实验，他们确定了剪纸艺术壳和线性致动器来实现多个长度尺度支架的开发,从而很容易地应用在各种直径的管状结构的管腔中包括食管、血管等。

Scheme 1. 可注射kirigami基支架的概述和数值表征示意图。

重要的是，他们证明了通过对软致动器加压，kirigami针被迫向外弯曲，这样它们就经历了从平面到垂直于支架本体表面的方向变化。该设备的径向扩张可达支架直径的60%，可以在粘膜下注射载药可降解微粒。这些基于kirigami的可注射支架可以作为一种新型的局部药物释放系统，能够通过药物颗粒的多点沉积直接进入管腔壁部署药物库，从而提高治疗药物的持续局部传递。此外，除了胃肠道外，该系统还识别了体内许多管状器官，证明了其在体内和体外与呼吸和血管系统交互的能力，如图1。

Figure 1. 体内通过沉积载药聚合物颗粒延长药物释放。

结论: 作者展示了在几天的过程中沉积微粒能够释放布地奈德的能力。通过选择性涂覆针头，可以进一步提高药物的效率和定位，从而减少残留在腔内的材料。此外，塑料铰链提供平面外弹跳运动的双材料kirigami表面，以及用于注射的不溶性载药针尖等——可以改善递送性能，更重要的是，减少组织炎症的风险，以及提供安全，无创伤的移除。这一系统为开发改进的血管内局部给药开辟了道路。未来这些技术的成功转化将涉及腔内kirigami支架的进一步体内测试，包括上述改进设计、制造工艺优化、最佳配方开发和一系列沉积系统的评估(例如，涂层与微流控)以及不同药物类型的靶向治疗范围内的缓释评估，具体取决于靶向应用位点。

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