Следующее поколение биосовместимых микроустройств

Исследователи разработали метод создания имплантируемых микроустройств, полностью изготовленных из биосовместимых гидрогелей. Они использовали одно такое устройство, чтобы эффективно нацеливать химиотерапию непосредственно на опухоли кости в мышиную модель остеосаркомы.

Суть проекта

Традиционные имплантируемые устройства состоят из кремния или металла, и есть определенные производственные процессы, которые вы использовали бы, чтобы изготовить устройства из этих материалов. Но они не работают над биологическими материалами, которые намного мягче, поэтому ученым пришлось разрабатывать собственные методы. Специалисты создали и собрали несколько слоев нетоксичных гидрогелевых полимеров. Путем манипулирования длиной полимерной цепи, которая изменяет механические и диффузионные свойства гидрогеля, исследователи смогли изготовить и собрать шестерни, ворота, строительные леса и столбы на самых разных машинах. Добавление наночастиц железа в части устройств означало, что исследователи могли использовать магнит вне устройства для беспроволочного поворота шестерни или открытия ворот. Команда также включила флуоресцентные бусины для отслеживания движения устройства.

Значение изобретения

Авторы работали с гидрогелями на основе полиэтиленгликоля (ПЭГ), которые биосовместимы и могут быть биоразлагаемыми. Администрация США по контролю за продуктами и лекарствами уже одобрила некоторые гидрогели на основе ПЭГ для использования в медицинских устройствах. Поскольку машины полностью изготовлены из гидрогелей, они избегают риска токсичности, связанного с имплантируемыми устройствами, которые содержат кремний или тяжелые металлы. Поскольку движение внешнего магнита контролирует микроприборы, они не содержат проводов или батарей. Эта характеристика является «плюсом», поскольку именно эти компоненты делают другие имплантируемые устройства менее опасными. Но магнит должен быть сильным и находиться в сантиметре или два, чтобы приводить в действие устройство. Это расстояние хорошо работало для модели остеосаркомы мышей этого исследования, поскольку опухоли костей обычно возникают вблизи кожи. Исследователи ввели устройства подкожно, что привело к смерти опухолевых клеток при введении устройства дозы химиотерапевтического препарата, которая была намного ниже и, следовательно, менее токсична, чем типичная системная доза. Авторы проекта отметили, что в случае, когда доставка лекарств будет дальше от поверхности тела, текущие устройства, скорее всего, не будут функционировать.

Препарат для химиотерапии, используемый в этом исследовании, находился в растворе, поэтому некоторое лекарственное средство высвобождалось, когда устройство не приводилось в действие, потому что слои гидрогеля движутся и имеют небольшие зазоры. Лекарственные средства в растворе также могут быть менее стабильными, что может повлиять на их эффективность. Несмотря на открытые вопросы об устройствах в их нынешних формах, стратегия производства может способствовать созданию других активных устройств, таких как биосовместимая инсулиновая помпа.