Inspirándose en kirigami, el arte japonés de doblar y cortar papel para crear estructuras tridimensionales, los ingenieros del MIT y sus colaboradores han diseñado un nuevo tipo de stent que podría usarse para administrar medicamentos al tracto gastrointestinal, el tracto respiratorio u otrosórganos tubulares del cuerpo.
Los stents están recubiertos con una capa suave de plástico grabada con pequeñas "agujas" que emergen cuando se estira el tubo, lo que permite que las agujas penetren en el tejido y liberen una carga útil de micropartículas que contienen fármacos. A continuación, esos fármacos se liberan sobre unun período prolongado de tiempo después de que se retira el stent.
Este tipo de administración localizada de medicamentos podría facilitar el tratamiento de enfermedades inflamatorias que afectan el tracto gastrointestinal, como la enfermedad inflamatoria intestinal o la esofagitis eosinofílica, dice Giovanni Traverso, profesor asistente de ingeniería mecánica del MIT, gastroenterólogo del Brigham and Women's Hospital, yel autor principal del 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 las condiciones de los pacientes y podría ser transformador en la forma en quepiense en la atención al paciente al permitir la administración local y prolongada de medicamentos después de un solo tratamiento ".
Sahab Babaee, un científico investigador del MIT, es el autor principal del artículo, que aparece hoy en Nature Materials.
Stents estirables
Las enfermedades inflamatorias del tracto gastrointestinal, como la EII, a menudo se tratan con medicamentos que amortiguan 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 quisieron mencionarlo.con una forma de administrar dichos medicamentos directamente a los tejidos afectados, lo que reduce la probabilidad de efectos secundarios.
Los stents podrían ofrecer una forma de administrar medicamentos a una parte específica del tracto digestivo, pero insertar cualquier tipo de stent en el tracto gastrointestinal puede ser complicado porque los alimentos digeridos se mueven continuamente a través del tracto.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 elementos clave: un tubo suave y elástico hecho de caucho a base de silicona y un revestimiento de plástico grabado con agujas que emergen cuando se estira el tubo. El diseño se inspiró en kirigami, una técnica queEl laboratorio de Traverso ha utilizado anteriormente para diseñar un revestimiento antideslizante para suelas de zapatos, mientras que 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 utilizamos herramientas y conceptos de la mecánica, combinados con la bioinspiración de animales de piel escamosa, para desarrollar una nueva clase de sistemas de liberación de fármacos con la capacidad de depositar depósitos de fármacos directamente en las paredes luminales de los tubosórganos para una liberación prolongada ", dice Babaee." Los stents kirigami se diseñaron para proporcionar una transformación de forma reversible: de agujas planas a 3D, abrochadas para enganchar el tejido, y luego a la forma plana original para una extracción fácil y segura ".
En este estudio, el equipo del MIT recubrió las agujas de plástico con micropartículas que pueden transportar medicamentos. Después de que el stent se inserta endoscópicamente, el endoscopio se usa para inflar un globo dentro del tubo, lo que hace que el tubo se alargue. A medida que el tubo se estira,el movimiento de tracción hace que las agujas en el plástico salten y suelten su carga.
"Es un sistema dinámico en el que tiene una superficie plana y puede crear estas pequeñas agujas que emergen y se introducen en el tejido para administrar el fármaco", dice Traverso.
Para este estudio, los investigadores crearon agujas kirigami de varios tamaños y formas diferentes. Al variar esas características, así como el grosor de la hoja de plástico, los investigadores pueden controlar la profundidad con la que las agujas penetran en el tejido ". La ventaja denuestro sistema es que se puede aplicar a varias escalas de longitud para que coincida con el tamaño de los compartimentos tubulares objetivo del tracto gastrointestinal o cualquier órgano tubular ", dice Babaee.
administración de fármacos GI
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, lo que permitió que las agujas salieran. Las agujas, que penetraron aproximadamente medio milímetro enel tejido, fueron recubiertos con micropartículas que contienen un medicamento llamado budesonida, un esteroide que se usa para tratar la EII y la esofagitis eosinofílica.
Una vez que las partículas que contienen el fármaco se depositaron en el tejido, los investigadores desinflaron el globo y aplanaron las agujas para que el stent pudiera extraerse endoscópicamente. Este proceso tomó solo un par de minutos y las micropartículas permanecieron en el tejido yliberó gradualmente budesonida durante aproximadamente una semana.
Dependiendo de la composición de las partículas, podrían ajustarse para liberar medicamentos durante un período de tiempo aún más largo, dice Traverso. Esto podría facilitar que los pacientes sigan el programa correcto de medicamentos, porque ya no necesitarían tomarel medicamento ellos mismos, pero recibirían periódicamente su medicamento a través de la inserción temporal del stent. También evitaría los efectos secundarios que pueden ocurrir con la administración sistémica del medicamento.
Los investigadores también demostraron que podían colocar los stents en los vasos sanguíneos y el tracto respiratorio. Ahora están trabajando en la administración de otros tipos de medicamentos y en la ampliación del proceso de fabricación, con el objetivo de probar eventualmente 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.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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