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2018
02-02

新材料打开超长效丸的可能性


设计居住在胃的医疗设备有各种各样的应用,包括延长药物输送,电子监测和减肥干预。然而,这些通常由不可降解的弹性聚合物制成的装置由于意外的断裂或迁移而具有固有的肠梗阻风险。因此,它们通常被设计成在有限的时间内保持在胃中。

科赫研究所的博士后和本文的第一作者Shiyi Zhang拥有一个环形的设备原型(左图),可以折叠成可吞服的胶囊(右),以方便安全地口服。
致谢研究人员

现在,麻省理工学院科赫综合癌症研究所和麻省总医院(MGH)的研究人员已经开发出一种聚合物凝胶,克服了这一安全隐患,可以开发出长效装置,包括口服递送的胶囊,其可以在单次给药后数天,数周或可能数月释放药物。

这种聚合物具有pH敏感性:在酸性胃环境中稳定,但在小肠的近中性pH下溶解,允许通过胃肠(GI)道的其余部分安全通过。这种材料也是有弹性的,可以将设备压缩和折叠成容易摄入的胶囊 - 这意味着这种聚合物可以用来制造安全的设备,用于在胃中长期居住。

“胃肠道任何设备的问题之一是有潜在的阻塞,这是一个潜在的需要手术干预的医疗紧急情况,”科赫研究所的研究会员Giovanni Traverso说,他也是MGH胃肠病专家,在哈佛医学院。 “这样的材料代表了一个真正的进步,因为它在胃部环境中既安全又稳定。”

提出的超分子聚合物凝胶网络。黄色的结构是合成的聚合物;紫色结构是线性聚合物;红色结构是聚合物间的氢键。
致谢研究人员

特拉沃索和罗伯特·兰格,麻省理工学院David H. Koch研究所教授和科赫研究所的成员,是“自然资源”号论文的高级作者,该论文描述了这一应用新的聚合物凝胶创造胃设备。科赫研究所博士后张十一是本文的第一作者。

安全拉伸

胃的设计装置是尺寸和形状的复杂问题。胃自然地在几小时内清空其内容物,因此为了保留装置,它们必须比幽门 - 胃末端的阀门(直径约1.5至2厘米)宽,从而允许胃内容物通过进入小肠。然而,由于交付这些设备最方便的途径是通过食道,这只比幽门略宽,研究人员有兴趣开发具有弹性的聚合物。

张先生说:“一个弹性装置可以折叠成小的东西,比如一个胶囊,通过食管很容易摄入,然后膨胀到胃里,恢复原来的形状。 “当你有一个比幽门大的设备时,胃中的保留时间更长的可能性要高得多。”

但是,弹性聚合物现有设备的尺寸和形状受到安全问题的限制,如果设备太大或太复杂,则断裂的风险更大。正因为如此,研究人员希望他们的聚合物也是肠道 - 或者有一个机制,使其能够在肠内分解之前通过未改变的胃。

“为了降低任何可能的阻塞风险,我们需要一种可以溶解在肠道内的物质,从​​而使装置分离,并安全地排出体外。

为了创造这种新材料,研究人员合成了一种弹性聚合物,并将其与临床使用的肠溶聚合物溶液合并。加入盐酸并离心溶液得到a 具有弹性和肠道特性的弹性聚合物凝胶。

研究人员使用无毒,可降解聚酯凝胶聚己酸内酯(PCL)来构建多个装置原型。他们首先使用凝胶将PCL的圆弧连接到圆形模具上,从而创造出环形装置。这些弹性装置在折叠成口服可摄入胶囊之前具有比幽门大3厘米的直径。

在测试猪的胶囊时,研究人员发现,环在摄入15分钟内扩张成原来的形状,并留在胃里长达七天。装置从胃中排出后,聚合物凝胶溶解,使得小PCL片安全通过而不受阻碍。研究人员还创造了各种形状的较大的设备,可以在内窥镜的帮助下通过食管折叠和递送。这些装置在胃中停留长达五天,之后凝胶类似地溶解,使得装置的残余物安全通过。

提高粘附力

这种聚合物凝胶的肠道和弹性联合应用可以显着改善胃内器械的设计和采用。可以包含这种材料的装置包括用于治疗肥胖症的肥胖治疗装置,其控制了人们感觉多饿或饱满;可摄取的电子装置,可以诊断和监测胃肠道中的各种状况;或延长释放的药物输送系统,可以在单次给药后持续数周或数月。布朗大学医学科学与工程教授伊迪丝·马蒂奥维茨(Edith Mathiowitz)说:“这种输送系统提供了一个灵活而顺畅的外部覆盖物,缓慢地分解,释放药物或小型设备,用于监测和成像胃肠道。参与这项研究。 “这是一个非常聪明的方法。”

特别是作者说,他们对这种技术的药物输送应用感到兴奋。随着调整聚合物组成或设计系统的进一步工作,他们说,他们可以定制设备释放药物在一个特定的时间长达几个星期或几个月一次。麻省理工正在与Lyndra,一家开发新型口服给药系统的早期生物技术公司就这项技术和其他相关技术谈判一项独家许可协议。

Langer说:“我很高兴看到这些新的口服系统提供了一个我以前从未见过的机会 - 使患者能够吞下一个可以在任何需要的时间长短的药丸。

这种单一行政事件可以改善药物依从性,这仍然是一个主要的临床障碍。根据世界卫生组织的报告,发达国家患者长期接受慢性疾病治疗的比例只有50%,发展中国家的坚持率较低。美国的药物依从性每年估计达到1000亿美元,其中大部分是不必要的住院治疗。研究人员还表示,用于激进治疗疟疾和其他感染的单一给药系统可以从这些技术中获益。

来源:MIT,由Kevin Leonardi编写