Ερευνητές του Johns Hopkins κατασκευάζουν Απειροελάχιστες, Μεταβαλλόμενου Σχήματος Μηχανές που Παραδίδουν Φάρμακα Αποτελεσματικά στο Γαστρεντερικό Σύστημα

Όταν ένα ανοικτό theragripper, αριστερά, εκτίθεται σε εσωτερικές θερμοκρασίες του σώματος, κλειδώνει στον τοίχο του εντέρου. Στο κέντρο του είναι ένας χώρος για μια μικρή δόση φαρμάκου.

Johns Hopkins News Releases 3/11/2020

Οι «Theragrippers» – “Αλητοδιαρρήκτες” – είναι εμπνευσμένοι από ένα παρασιτικό σκουλήκι που προσκολλάται πάνω στα έντερα του ξενιστή του

Εμπνευσμένοι από ένα παρασιτικό σκουλήκι που χώνει τα αιχμηρά δόντια του στα έντερα του ξενιστή του, οι ερευνητές του Johns Hopkins έχουν σχεδιάσει μικροσκοπικές, σε σχήμα αστεριού μικροσυσκευές που μπορούν να προσκολληθούν στον εντερικό βλεννογόνο και να απελευθερώσουν φάρμακα στο σώμα.

Ο David Gracias, Ph.D., καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Johns Hopkins Whiting στη Σχολή Μηχανικών, και ο Florin M. Selaru, MD. , γαστρεντερολόγος, διευθυντής Κέντρου Φλεγμονωδών Νόσων εντέρου του Johns Hopkins, ηγήθηκαν μιας ομάδας ερευνητών και βιοϊατρικών μηχανικών που σχεδίασε και δοκίμασε μικροσυσκευές που αλλάζουν σχήμα και μιμούνται τον τρόπο με τον οποίο το παρασιτικό αγκυλόστομα γαντζώνεται στα έντερα ενός οργανισμού.

Κατασκευασμένα από μέταλλο και ένα λεπτό μεταβαλλόμενου σχήματος φιλμ, και επικαλυμμένα με ένα θερμοευαίσθητο κερί παραφίνης, τα «theragrippers,» κάθε ένα περίπου στο μέγεθος ενός κόκκου σκόνης, δυνητικά μπορούν να μεταφέρουν οποιοδήποτε φάρμακο και να το απελευθερώσουν σταδιακά στο σώμα.

Η ομάδα δημοσίευσε τα αποτελέσματα μιας μελέτης σε ζώα αυτή την εβδομάδα, όπως το άρθρο στο περιοδικό Science Advances.

Η σταδιακή ή εκτεταμένη απελευθέρωση ενός φαρμάκου είναι ένας από μακρού επιδιωκόμενος στόχος στην ιατρική. Ο Selaru εξηγεί ότι ένα πρόβλημα με τα φάρμακα εκτεταμένης αποδέσμευσης είναι πως συχνά ακολουθούν μια διαδρομή εξ ολοκλήρου μέσω του γαστρεντερικού σωλήνα πριν από την ολοκλήρωση της διανομής των φαρμάκων τους.

Ένας “theragripper” έχει περίπου το μέγεθος μιας κηλίδας σκόνης. Αυτή η μπατονέτα περιέχει δεκάδες από αυτές τις μικροσκοπικές συσκευές.

«Η φυσιολογική συστολή και η χαλάρωση των μυών του γαστρεντερικού σωλήνα καθιστούν αδύνατο να παραμείνουν τα φάρμακα παρατεταμένης αποδέσμευσης στο έντερο για αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα, ώστε ο ασθενής να λάβει την πλήρη δόση», λέει ο Selaru, ο οποίος έχει συνεργαστεί με τον Gracias για περισσότερα από 10 χρόνια. «Εργαζόμαστε για να λύσουμε αυτό το πρόβλημα σχεδιάζοντας τους αυτούς μικρούς φορείς φαρμάκων που μπορούν αυτόνομα να κλειδώσουν επάνω στον εντερικό βλεννογόνο και να κρατήσουν το φορτίο φαρμάκων μέσα στο γαστρεντερικό σωλήνα για μια επιθυμητή χρονική διάρκεια.»

Χιλιάδες “theragrippers” μπορούν να αναπτυχθούν στον γαστρεντερικό σωλήνα. Όταν η επίστρωση κεριού παραφίνης επάνω τους φτάσει τη θερμοκρασία που υπάρχει στο εσωτερικό του σώματος, οι συσκευές κλείνουν αυτόνομα και μαγκώνουν στο τοίχωμα του παχέος εντέρου. Η δράση κλεισίματος ενεργοποιεί τις μικροσκοπικές συσκευές έξι ακμών να σκάψουν στο βλεννογόνο και να παραμείνουν προσκολλημένες στο παχύ έντερο, όπου διατηρούνται και απελευθερώνουν τα ωφέλιμα φορτία φαρμάκων τους βαθμιαία στο σώμα. Τελικά, οι “theragrippers” χάνουν τη λαβή τους στον ιστό και εκκαθαρίζονται από το έντερο μέσω της κανονικής γαστρεντερικής μυϊκής λειτουργίας.

Ο Gracias παρατηρεί πρόοδο στον τομέα της βιοϊατρικής μηχανικής τα τελευταία χρόνια.

«Έχουμε δει την εμφάνιση δυναμικών μικροκατασκευών έξυπνων συσκευών που μπορούν να ελεγχθούν από ηλεκτρικά ή χημικά σήματα», λέει. «Αλλά αυτοί οι theragrippers είναι τόσο μικροί που μπαταρίες, κεραίες και άλλα εξαρτήματα δεν χωράνε πάνω τους.»

Οι theragrippers, λέει ο Gracias, δεν βασίζονται στην ηλεκτρική ενέργεια, τα ασύρματα σήματα ή τους εξωτερικούς ελέγχους. ­«Αντ’ αυτού, λειτουργούν σαν μικρά, συμπιεσμένα ελατήρια με μια επίστρωση που ενεργοποιείται στις συσκευές μέσω της θερμοκρασίας, και απελευθερώνει την αποθηκευμένη ενέργεια αυτόνομα μόλις βρεθεί σε θερμοκρασία σώματος.»

Οι ερευνητές του Johns Hopkins κατασκεύασαν τις συσκευές με περίπου 6.000 theragrippers ανά φλούδα σιλικόνης των 7cm. Στα πειράματα σε ζώα, φόρτωσαν ένα παυσίπονο φάρμακο στα theragrippers. Οι μελέτες των ερευνητών διαπίστωσαν ότι τα ζώα στα οποία χορηγήθηκαν οι theragrippers είχαν υψηλότερες συγκεντρώσεις του παυσίπονου στην κυκλοφορία του αίματος τους από ό, τι η ομάδα ελέγχου. Το φάρμακο παρέμεινε στον οργανισμό των πειραματόζωων για σχεδόν 12 ώρες, έναντι δύο ωρών στην ομάδα ελέγχου.

Εκτός από τους Gracias και Selaru, οι συντάκτες του άρθρου του περιοδικού είναι οι Arijit Ghosh, Liyi Xu, Neha Gupta, Qianru Lin, Gayatri Pahapale, Wangqu Lu και Anjishnu Sarkar του Τμήματος Χημικών και Βιομοριακών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Johns Hopkins· οι Ling Li και Venkata Akssintala του Τμήματος Γαστρεντερολογίας και Ηπατολογίας της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου Johns Hopkins· οι Ranjeet Dash, Jenny Lam και Rana Rais της Εύρεσης Φαρμάκων του Johns Hopkins και του Τμήματος Ιατρικής Σχολής Νευρολογίας του Πανεπιστημίου Johns Hopkins.

Το έργο χρηματοδοτήθηκε από το Εθνικό Ινστιτούτο Βιοϊατρικής Απεικόνισης και Βιο-μηχανικής στα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας και το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών. Το Πανεπιστήμιο Johns Hopkins έχει καταθέσει διπλώματα ευρεσιτεχνίας για λογαριασμό των Gracias και Selaru, τα οποία σχετίζονται με αυτή την τεχνολογία, σύμφωνα με τις πολιτικές σύγκρουσης συμφερόντων του πανεπιστημίου.

Η τεχνολογία  είναι  διαθέσιμη  για αδειοδότηση  μέσω  του Johns Hopkins Technology Ventures.

πηγή

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Google

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Σύνδεση με %s