Inspirándose en kirigami, el arte japonés de doblar y cortar papel para crear estructuras tridimensionales, los ingenieros del MIT y sus colaboradores diseñaron un nuevo tipo de stent que podría usarse para administrar medicamentos al tracto gastrointestinal, tracto intestinal, tracto respiratorio o otros órganos tubulares. en el cuerpo.
Los stents están cubiertos con una capa de plástico suave grabada con diminutas "agujas" que salen cuando se estira el tubo, lo que permite que las agujas penetren en el tejido y liberen una carga útil de micropartículas que contienen fármaco. Luego, estos medicamentos se liberan durante un largo período de tiempo después de que se retira el stent.
Este tipo de administración localizada de fármacos podría facilitar el tratamiento de enfermedades inflamatorias que afectan al tracto gastrointestinal como la enfermedad inflamatoria intestinal o la esofagitis eosinofílica, explica Giovanni Traverso, profesor asistente de ingeniería mecánica en el MIT, gastroenterólogo del Brigham and Women & # 39; s Hospital autor. de El estudio.
"Esta tecnología podría aplicarse en prácticamente cualquier órgano tubular", dice Traverso. "Tener la capacidad de administrar medicamentos localmente, con poca frecuencia, realmente maximiza la probabilidad de ayudar a resolver los problemas del paciente y podría transformar la forma en que pensamos sobre la atención al paciente al permitir la administración local y la medicación prolongada después de un solo tratamiento. "
El investigador del MIT, Sahab Babaee, es el autor principal del artículo, que aparece hoy en Materiales naturales.
Estirar los stents
Las enfermedades inflamatorias del tracto gastrointestinal, como la EII, a menudo se tratan con medicamentos que inhiben la respuesta inmunitaria del cuerpo. Estos medicamentos generalmente se inyectan, por lo que pueden tener efectos secundarios en otras partes del cuerpo. Traverso y sus colegas querían encontrar una forma de administrar estos medicamentos directamente a los tejidos afectados, reduciendo así la probabilidad de efectos secundarios.
Les stents pourraient offrir un moyen d'administrer des médicaments à une partie ciblée du tube digestif, mais l'insertion de tout type de stent dans le tractus gastro-intestinal peut être délicate car les aliments digérés se déplacent continuellement dans le Tubo digestivo. Para hacer esta posibilidad más factible, al equipo del MIT se le ocurrió la idea de crear un stent que se insertaría temporalmente, se alojaría firmemente en el tejido para administrar su carga útil y luego se retiraría fácilmente.
El stent que diseñaron tiene dos componentes clave: un tubo de goma de silicona flexible y estirable y un revestimiento de plástico grabado con agujas que aparecen cuando se estira el tubo. El diseño se inspiró en kirigami, una técnica que el laboratorio de Traverso utilizó anteriormente para diseñar un revestimiento antideslizante para suelas de zapatos. Otros lo han utilizado para crear vendajes que se adhieren de forma más segura a las rodillas y otras articulaciones.
"La novedad de nuestro enfoque es que hemos utilizado herramientas y conceptos de la mecánica, combinados con la bioinspiración de animales con piel escamosa, para desarrollar una nueva clase de sistemas de administración de fármacos capaces de depositar depósitos de fármacos directamente en las paredes luminales de los órganos tubulares. para una liberación sostenida ”, dice Babaee. "Los stents Kirigami se diseñaron para proporcionar una transformación de forma reversible: de agujas planas a 3D, enrolladas para enganchar el tejido, luego a la forma plana original para una extracción fácil y segura. "
En este estudio, el equipo del MIT cubrió agujas de plástico con micropartículas que podrían transportar medicamentos. Después de que el stent se inserta endoscópicamente, el endoscopio se usa para inflar un globo dentro del tubo, haciendo que el tubo se alargue. A medida que el tubo se estira, el movimiento de tracción hace que las agujas penetren en el plástico y liberen su carga.
"Es un sistema dinámico en el que tienes una superficie plana y puedes crear estas pequeñas agujas que aparecen y entran en los tejidos para administrar el fármaco", dice Traverso.
Para este estudio, los investigadores crearon agujas de kirigami de varios tamaños y formas diferentes. Al variar estas características, así como el grosor de la hoja de plástico, los investigadores pueden controlar la profundidad de penetración de la aguja en el tejido. "La ventaja de nuestro sistema es que se puede aplicar a diferentes escalas de longitud para que coincida con el tamaño de los compartimentos tubulares objetivo en el tracto gastrointestinal o cualquier órgano tubular", explica Babaee.
Entrega de fármacos gastrointestinales
Los investigadores probaron los stents insertándolos endoscópicamente en el esófago de los cerdos. Una vez que el stent estuvo en su lugar, los investigadores inflaron el globo dentro del stent, permitiendo que las agujas salieran. Las agujas, que penetraron aproximadamente medio milímetro en el tejido, se recubrieron con micropartículas que contenían un medicamento llamado budesonida, un esteroide que se usa para tratar la EII y la esofagitis eosinofílica.
Después de que las partículas que contenían el fármaco se depositaran en los tejidos, los investigadores desinflaron el globo y aplanaron las agujas para que el stent pudiera extraerse endoscópicamente. Este proceso solo tomó unos minutos, y las micropartículas luego permanecieron en los tejidos y gradualmente liberaron budesonida durante aproximadamente una semana.
Dependiendo de la composición de las partículas, podrían ajustarse para liberar fármacos durante un período aún más largo, dice Traverso. Esto podría facilitar que los pacientes sigan el régimen de tratamiento correcto, ya que ya no necesitarían tomar el medicamento ellos mismos, sino que recibirían su medicación periódicamente a través de la inserción temporal del stent. Esto también evitaría los efectos secundarios que pueden ocurrir con la administración sistémica de medicamentos.
Los investigadores también han demostrado que pueden introducir stents en los vasos sanguíneos y las vías respiratorias. Ahora están trabajando en la entrega de otros tipos de fármacos y la intensificación del proceso de fabricación, con el objetivo de eventualmente probar los stents en los pacientes.
La investigación fue financiada por el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT. Otros autores del artículo incluyen a Yichao Shi, Saeed Abbasalizadeh, Siddartha Tamang, Kaitlyn Hess, Joy Collins, Keiko Ishida, Aaron Lopes, Michael Williams, Mazen Albaghdadi y Alison Hayward.