Динамическое срабатывание улучшает транспортировку и продлевает срок терапевтического действия имплантируемой платформы доставки лекарств.

Nature Communications, том 13, номер статьи: 4496 (2022) Цитировать эту статью

6554 Доступа

1 Цитаты

258 Альтметрика

Подробности о метриках

Образование фиброзной капсулы (ФК), вторичное по отношению к реакции инородного тела (FBR), препятствует молекулярному транспорту и вредно для долгосрочной эффективности имплантируемых устройств доставки лекарств, особенно когда необходим настраиваемый временной контроль. Мы сообщаем о разработке имплантируемой механотерапевтической платформы для доставки лекарств для смягчения и преодоления этого иммунного ответа хозяина с использованием двух различных, но синергетических стратегий мягкой роботизации. Во-первых, ежедневная прерывистая активация (цикл с частотой 1 Гц в течение 5 минут каждые 12 часов) сохраняет долгосрочную и быструю доставку модельного препарата (инсулина) в течение 8 недель после имплантации, опосредуя местную иммуномодуляцию клеточного FBR и индуцируя многофазную временную FC. изменения. Во-вторых, быстрое высвобождение терапии, опосредованное активацией, может усилить массовый транспорт и терапевтический эффект с помощью настраиваемого временного контроля. На пути к клиническому переводу мы используем минимально инвазивный чрескожный подход для имплантации увеличенного устройства в трупную модель человека. Наша платформа с мягким приводом имеет потенциальную клиническую полезность при различных показаниях, когда фиброз влияет на транспорт, например, при лечении диабета 1 типа.

Наша иммунная система развилась и приобрела надежный механизм защиты от вторжения инородных тел. При наличии «инородного предмета» нейтрофильная инфильтрация инициирует каскад воспалительных и ранозаживляющих процессов, что ускоряет образование плотной инкапсулирующей фиброзной капсулы (ФК)1,2. Реакция на инородное тело (FBR) сводит к минимуму воздействие потенциальных токсинов и часто бывает полезна; например, у солдат с пулевыми ранениями редко развиваются клинические симптомы отравления свинцом3,4.

Однако эта защитная реакция наносит ущерб долгосрочной долговечности имплантируемых биомедицинских устройств, таких как грудные имплантаты5,6, сердечные клапаны7 и кардиостимуляторы8. Эти устройства изменили современный уход за пациентами, но иммунная инфильтрация и фиброзная реакция со временем могут свести на нет функцию устройства, что приводит к необходимости болезненной ревизии или хирургической замены. Этот фиброзный барьер особенно вреден для биосенсоров, таких как непрерывные мониторы уровня глюкозы, и устройств с контролируемым высвобождением лекарств, таких как инсулиновые помпы, которые полагаются на интерактивную связь с местной тканевой средой9,10,11. В таких случаях образование гипопроницаемой капсулы может затруднить транспорт молекул как к12, так и от13,14 имплантата и привести к неэффективности терапии.

Одним из подходящих примеров является лечение диабета 1 типа, хронического заболевания, от которого страдают 18 миллионов человек во всем мире, с ежегодным экономическим бременем, превышающим 90 миллиардов долларов США (Исследование: «Терапия, модифицирующая заболевание, необходимая для компенсации затрат на диабет 1 типа – исследование ювенильного диабета»). Фундамент). Успешное внедрение и клиническое внедрение искусственной поджелудочной железы, сочетающей непрерывный мониторинг уровня глюкозы с быстрым и чувствительным высвобождением инсулина (или глюкагона), значительно улучшит результаты и качество жизни этой популяции пациентов. Разработка полностью автоматизированной системы доставки инсулина с замкнутым контуром позволит снизить нагрузку на пользователя, устранить необходимость в многократных ежедневных инъекциях и увеличить время, проводимое в оптимальном диапазоне уровня глюкозы в крови, что крайне важно для предотвращения долгосрочных диабетических осложнений. К сожалению, нынешние усилия по разработке такого устройства тормозятся динамичным и непредсказуемым FBR, что приводит к неточности измерения глюкозы, ингибированию высвобождения инсулина и постепенной потере функциональности в течение недель или месяцев после имплантации4,15,16,17. Заглядывая в будущее, живые имплантаты, содержащие β-клетки поджелудочной железы, полученные из стволовых клеток, представляют собой потенциальное лекарство от диабета. Однако ослабление транспорта кислорода и молекул из-за барьера FC по-прежнему представляет собой серьезное препятствие для успешной клинической трансляции этих имплантатов9,10,18,19. Очевидно, что метод (i) смягчения последствий FBR или (ii) улучшения транспорта через FC может изменить подход к лечению этого широко распространенного заболевания. Кроме того, такой метод может иметь более широкое применение для ряда заболеваний и методов лечения с использованием устройств, на которые влияет FBR.