新的聚合物凝胶可以为超长期药物输送产生可食用的装置

Shiyi Zhang在Koch Institute和Paper的铅作者中，占据了一个环形装置原型（左），可以折叠成吞咽胶囊（右），便于安全口服。

一组科学家们开发了一种聚合物凝胶，可以允许在胃中的长效装置的发展，包括口服递送的胶囊，可以在单一给药后几天，周或潜在数月释放药物。

设计用于胃中的医疗器械具有各种应用，包括长时间的药物输送，电子监测和减肥干预。然而，由于意外骨折或迁移，这些装置经常用非立体弹性聚合物产生肠梗阻的固有风险。因此，它们通常被设计为留在胃中有限的时间。

现在，MIT综合癌症研究所的研究人员和马萨诸塞州综合医院（MGH）创造了一种聚合物凝胶，克服了这种安全问题，可以允许在胃中的长效装置的发展，包括口服递送的胶囊可以在单一管理后，周数，周或潜在几个月释放药物。

该聚合物是pH响应：它在酸性胃环境中稳定，但在小肠的近中性pH中溶解，允许通过胃肠道（GI）道的其余部分安全通道。该材料也是弹性的，允许器件的压缩和折叠成易于摄入胶囊 - 这意味着该聚合物可用于制造设计用于在胃中极其长时间的住宅设计的安全装置。

“GI道中任何设备的问题之一是障碍的障碍可能是可能需要外科干预的医疗紧急情况，”Koch Institute Research Affiliate Giovanni Traverso表示，哈佛大学的胃肠病学家和哈佛大学医学院。“这样的材料代表了真正的进步，因为它在胃环境中既安全又稳定。”

Taverso和Robert Langer，MIT和Koch Institute的一名议员教授，是7月27日的一份文件的高级作者，本文的自然材料描述了这种新的聚合物凝胶来制造胃装置的应用。Zhoch Institute的博士张世义张是纸张的主要作者。

安全伸展

胃的设计装置是一种复杂的尺寸和形状。胃自然在几小时内的内容物，所以对于要保留的装置，它们必须比幽门 - 胃末端的阀门宽，直径约为1.5至2厘米，允许胃内容物通过进入小肠。但是，由于递送这些设备的最方便的路径是通过食道，这才略微宽于幽门，研究人员对开发具有弹性性质的聚合物感兴趣。

“弹性装置可以折叠成小的东西，例如胶囊，并且在胃中膨胀之前容易摄取通过食道，恢复其原始形状，”张说。“当您有一个比幽门大的设备大时，有一个更高的概率可以在胃中保留更长。”

但是具有弹性聚合物的现有装置的尺寸和形状受到安全问题的限制，因为如果设备太大或过于复杂，则裂缝的风险更大。因此，研究人员希望它们的聚合物也具有肠道 - 或者有一种机制，或者可以使其能够通过在肠中崩解之前未造成的胃。

“为了降低任何可能的阻塞风险，我们希望一种可以溶解在肠中的材料，从而解散装置，并安全地从身体中传出，”张说。

为了创建这种新材料，研究人员合成了弹性聚合物并将其与临床利用的肠溶聚合物合并。加入盐酸并离心溶液，得到柔性但有弹性的聚合物凝胶，其具有弹性和肠溶性的性质。

研究人员使用凝胶聚己内酯（PCL），无毒，可降解的聚酯，构造几种器件原型。它们首先通过使用凝胶以圆形模具连接PCL的弧形来创建环形装置。这些弹性装置的直径为3厘米 - 宽于幽门 - 在它们折叠成口服可摄取胶囊之前。

在测试猪中的胶囊时，研究人员发现，环在摄入的15分钟内扩展到它们的原始形状，并保持在胃中长达七天。在装置从胃部流出后，聚合物凝胶溶解，允许小PCL片的安全通过而没有阻塞。研究人员还以各种形状创建了较大的装置，该形状可以在内窥镜的帮助下通过食道折叠和递送。这些装置保持在胃中长达五天，之后凝胶类似地溶解，允许装置的残余物安全通过。

改善遵守

该聚合物凝胶的组合肠和弹性性能可以显着改善胃居设备的设计和采用。可以包含这种材料的装置包括用于治疗肥胖的肥胖装置，这控制了一个人的感觉多么饥饿;可摄取电子器件，可诊断和监测GI道中的各种病症;或延长释放的药物递送系统，可以持续数周或单一管理后的数月。

“这种送货系统提供了一种柔性且光滑的外部覆盖物，可慢慢崩解，可以释放药物或小型设备，用于监测和成像GI道，”布朗大学医学与工程教授，他不参与其中这项研究。“这是一种非常聪明的方法。”

特别是，作者说他们对这项技术的药物递送应用感到兴奋。在调整聚合物组合物或系统的设计方面，他们可以说它们可以定制设备在最多周或几个月的特定时间范围内释放药物。麻省理工学院正在为这项和其他相关技术开发新型口腔药物交付系统的早期生物技术公司Lyndra与Lyndra谈判独家许可协议。

“我很高兴看到这些新的口头系统提供了一个机会，我以前没有见过 - 使患者能够吞下一颗药丸，然后可以为任何需要的时间行动，”Langer说。

这种单一管理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说法，发达国家的患者对慢性疾病的长期疗法遵守持续50％，发展中国家的依从性较低。药物不正常成本为美国估计每年1000亿美元，其中大部分是以不必要的住院所带来的。研究人员还说，用于自由基治疗疟疾和其他感染的单一管理递送系统可以显着受到这些技术的影响。

在2015年3月，Traverso和Langer的评论文章写道，GI道是一个在解决这一全球健康问题时长期药物交付的机会。通过这种新材料，可用于通过吞咽的“丸”来创建扩展系统，他们设想了口服交付设备的新兴领域，可以最大化粘附和治疗效果。

本文的其他作者包括Andrew Bellinger，Dean Glettig，Ross Barman，Young-Ah Lee，Cody Cleveland，Veronica Montgomery，以及来自麻省理工学院的李谷;来自橡树岭国家实验室的嘉华朱;来自德克萨斯州A＆M大学的Landon Nash和Duncan Maitland。

该研究由票据和梅林达盖茨基金会，国家卫生研究院和亚历山大·冯洪堡基金会资助。

出版物：Shiyi Zhang等，“PH响应的超分子聚合物凝胶作为肠溶弹性体，用于胃装置，”自然材料（2015）; DOI：10.1038 / NMAT4355