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bjnr 看全部
2021-06-16 21:41
24 岁的南京青年施一超,继去年和麻省理工学院(MIT)科学家合作发表顶刊论文之后,再次以本科身份在 参与发表第二篇顶刊论文。做相关研究时,他是多伦多大学的大三在读生,同时也是 MIT 的访问学生


施一超.jpeg

施一超


该团队研发出一种名为 Kirigami stent(剪纸支架)的可扩展支架,设计上运用了仿生学和剪纸艺术。相比市售支架,Kirigami stent 可完成独特且可逆的三维形态转变

剪纸支架.jpg


剪纸支架



该成果系与 MIT 科学家萨哈·巴巴伊(Sahab Babaee)、MIT 机械系助理教授乔瓦尼·特拉弗索(Giovanni Traverso)等作者一同合作完成。

当天,该论文以《用于持续定点给药的 Kirigami stents》(Kirigami-inspired stents for sustained local delivery of therapeutics)为题,发表在 上,施一超担任第二作者。

他表示,自己主要参与样品设计与制作、有限元仿真分析、体内体外动物实验和力学性能的分析等。
bjnr 看全部
2021-06-16 21:45

RE: 中国访问生联合研发“剪纸支架”穿刺给药



相关论文.png

相关论文




Kirigami stents 的机械变形和给药效率,是其主要创新点。未充气时,Kirigami stent 保持光滑的圆柱结构,以便于从体外到体内的传送;充气后,Kirigami stent 会大幅向外伸出尖针结构,刺入消化道内壁以完成快速定点大剂量传送药物。


未充气时和充气时的剪纸支架.png

未充气时和充气时的剪纸支架



Kirigami stent 主要由一个气动软体驱动器、和一个有着剪纸图案的塑料外壳组成。通过激光切割,光滑的塑料会呈现出规律的三角形针头图案,这些图案包裹在软体驱动器上。

当驱动器伸长时,塑料外壳会被拉动、并张开三角形针头图案,从而让针穿透器官内壁,并输送含有药物的微粒。在支架移除后的一段时间内,这些微粒会在器官内壁上持续向周围组织给药。

据悉,该支架可将药物输送到胃肠道、呼吸道或其他管状器官。这种定点给药的方式,能更容易地治疗影响胃肠道的炎症性疾病,如炎症性肠病、或嗜酸性食管炎。


CT 成像下张开针头的剪纸支架.png

CT 成像下张开针头的剪纸支架



仿蛇鳞和鱼鳞,插入体内无惧食物残渣
bjnr 看全部
2021-06-16 21:48

RE: 中国访问生联合研发“剪纸支架”穿刺给药

在治疗炎症性肠病时,医生往往把药物注射到患者体内来进行治疗。由于无法直接治疗受伤组织,患者的免疫系统会被损伤,并会给身体其他部位带来副作用,因为这些药物很难被直接注射到直径只有几厘米的管状器官内。

该团队提出的解决办法,是让支架通过拉伸产生形变,从而可沿着径向和轴向去输送药物。


有限元仿真分析中的剪纸支架.jpg

有限元仿真分析中的剪纸支架


事实上,将任何支架插入消化道都是一件棘手事,因为食物残渣会不断通过消化道,而且消化道的内壁非常光滑。

为了能让支架插入消化道,该团队提出一种想法,即把支架快速临时地插入,并让其牢固地扎在目标器官中,如此便可传递有效载荷,并且可被轻易移除。



塑料外壳的剪纸图案模仿了蛇鳞和鱼鳞。施一超和前文的 MIT 科学家萨哈·巴巴伊、乔瓦尼·特拉弗索,对于此类剪纸图案一直颇有研究


此前,他们就将类似的设计运用在鞋底防滑上,并于 2020 年在 发表了题为《仿生剪纸超表面作为辅助鞋夹》(Bioinspired kirigami metasurfaces as assistive shoe grips)的论文,其中施一超担任共同作者。


bjnr 看全部
2021-06-16 21:50

RE: 中国访问生联合研发“剪纸支架”穿刺给药

本帖最后由 bjnr 于 2021-06-16 21:52 编辑

由于结合了机械力学概念和自然界鳞状皮肤动物的生物灵感,该团队借此开发出一种新型药物释放系统,从而可将大剂量药物直接注射到管状器官腔壁上,药物释放时间也可得到延长。

他们还给塑料外壳喷涂了携带药物的微粒,在内窥镜的帮助下将支架插入食道后,给软体驱动器充气,即可让支架呈现出轴向伸长。支架的伸长会拉动塑料外壳的三角形针头向外张开,扎入器官内壁进行给药。



通过改变针头的形状来控制扎入组织的深度.png

剪纸支架工作原理



整个系统动态且可逆,针头可以向外伸出或收起。此外,可逆性还能保证设备在体内体外间传送时,针尖不会损伤其他器官,从而提高整体安全性。

同时,该系统还可制作成各种尺寸,并能和胃肠道或任何管状器官的直径大小相匹配。






通过改变针头的形状来控制扎入组织的深度
bjnr 看全部
2021-06-16 21:54

RE: 中国访问生联合研发“剪纸支架”穿刺给药


通过切片分析,以及荧光剂来分析针头扎入的效果.png


通过切片分析,以及荧光剂来分析针头扎入的效果



在成年猪食道做测试,可实现布地奈德的持续给药

在优化设备的力学结构后,施一超等人给 Kirigami stent 的塑料外壳上喷涂了载有布地奈德的微粒。为测试延长药物递送的效果,他们把 Kirigami stent 在成年猪食道中做了测试。



布地奈德是治疗炎症性肠病和嗜酸性食管炎的高效抗炎药。在移除支架之前,他们把 Kirigami stent 针头扎入内壁两分钟,并穿透了大约半毫米的组织


涂有布地奈德的微粒的剪纸支架.jpeg

涂有布地奈德的微粒的剪纸支架
bjnr 看全部
2021-06-16 21:56

RE: 中国访问生联合研发“剪纸支架”穿刺给药

通过在不同时间点(药物递送后 1 天、3 天 和 7 天)检查动物组织中的布地奈德的剂浓度,结果发现该系统可实现布地奈德的持续给药。



具体来说,一旦含有药物的微粒通过张开的针头沉积在管状器官内壁的组织中,该团队就会把 Kirigami stent 中的软体驱动器放气,从而让含有针头的塑料外壳恢复光滑的平面,接着该设备会从内窥镜从体内拖出。

整个过程只需几分钟,但却保证了大剂量的微粒留传递到组织中,并在一周内将布地奈德逐渐释放。



通过在不同时间点(药物递送后 1 天、3 天 和 7 天)检查动物组织中的布地奈德的剂浓度,结果发现该系统可实现布地奈德的持续给药。


具体来说,一旦含有药物的微粒通过张开的针头沉积在管状器官内壁的组织中,该团队就会把 Kirigami stent 中的软体驱动器放气,从而让含有针头的塑料外壳恢复光滑的平面,接着该设备会从内窥镜从体内拖出。

整个过程只需几分钟,但却保证了大剂量的微粒留传递到组织中,并在一周内将布地奈德逐渐释放。



他告诉 DeepTech,研发 kirigami stents 时,如何从体内安全地取出设备,是患者的核心关注点,剪纸结构在变形后会形成尖锐的针头,如果卡在体内无法取出将会非常危险。

在仔细优化结构设计、并比较材料的机械性能后,针对不同的目标器官,该团队制作了不同硬度的 Kirigami stents,并通过胃镜等类似设备确保 Kirigami stents 在从体内取出前,通过排气可完全恢复到初始的光滑圆柱结构。


该设备有一个很大的优势在于它可以应用于各类管状器官。除了消化道,该团队还在呼吸道和主动脉中进行过测试。

其中,大动脉中流动的血液降低了 Kirigami stents 的给药效率试。

云岛 看全部
2021-06-17 14:56
要能进到眼睛里就好了,给药修复神经损伤,治疗近视。

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