作者:李惠钰 来源: 中国科学报 发布时间:2019-12-9
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“贴一贴”就能让药物精准递送

 

通过无线温热致动的BEP将局部渗透性药物递送至深处胶质母细胞瘤组织的示意图

■本报记者 李惠钰

在一些有特殊血液屏障的器官(比如脑、腹膜和眼睛)进行癌症的治疗是非常困难的。一方面,由于血液屏障的存在,手术切除以及放射治疗等方法难以根除癌细胞,容易导致肿瘤复发;另一方面,血液屏障的存在对传统的静脉输送药物造成了很大的阻碍,难以达到预期的效果。

为克服目前装置的不足并满足脑部植入装置的硬性要求,韩国首尔大学的科研人员日前开发了一种生物可吸收的电子贴片(BEP)以及与之集成在一起的无线生物可降解的电子设备,改善了针对脑部肿瘤的可动定向药物递送方式。相关研究发表于《自然—通讯》。

利用温热驱动递送药物

“这项研究的突破性在于植入式设备能够在一定程度上受到体外装置的控制,实现了药物的可控、按需释放,很大程度上减轻了传统抗癌药物‘漫灌’导致的正常机体细胞的受损。”浙江大学机械工程学院教授贺永评价道。

由于刚性可植入装置与脑组织的机械不匹配可能会导致神经系统疾病,这就要求植入装置具有很好的柔性,除此之外,还要保证将药物递送至脑部肿瘤的过程中不会意外释放至脑脊液,因此,在完成药物递送之后可完全降解也是必要的。

“整个装置是可以完全降解的,并且完全降解后的产物不仅对人体无毒,还是人体本身存在的元素。”贺永表示,整个装置的设计与材料的选用原则就是最大限度地减少潜在的神经副作用。另外,药物释放的速度由“温热”的程度决定,剂量通过每次磁场作用的时间来控制。

韩国首尔大学的科研人员表示,BEP采用温热驱动的方式进行长期的药物递送。BEP采用双面结构,该结构由载药的亲水性氧化淀粉(OST)膜和疏水性聚乳酸(PLA)封装膜组成。基于镁的超薄电子装置,包括用于温热驱动的无线加热器和用于控制温热驱动的无线传感器,被嵌入这些薄膜中。

随后,研究人员对BEP的力学性能、黏附性能、药物释放性能以及生物相容性进行了表征与测试。结果显示,BEP的柔顺性以及强黏附力使其能够在脑组织表面进行共形贴附,从而实现局部药物递送;与未经改性的淀粉相比,氧化淀粉(OST)显示出更持久的药物释放,延长了药物的递送时间;植入犬脑的BEP在10周内完全降解,且没有表现出明显的免疫排斥反应。

研究发现,BEP在动物体内的植入及其在体内的温热驱动药物释放不会影响小鼠的大脑功能,也没有观察到神经系统缺陷和实验小鼠的异常行为。最后,科研人员将人的胶质母细胞瘤模型移植到免疫缺陷小鼠的大腿区域附近皮下植入,并采用类似于人脑肿瘤治疗的方案,然后植入直径约14毫米的BEP。在犬模型中也进行了类似的实验操作。结果显示,BEP可显著抑制肿瘤体积并提高存活率, 且BEP的完全可生物吸收性最大程度地减少了潜在的副作用。

智能化、一体化和无源化是方向

“一个完全降解的器械,在体内完成组织修复后,再自动消失,是植入器械的最理想境界。”贺永说,“这种可完全降解的药物递送设备,极大地减轻了患者的手术痛苦,拥有非常广阔的应用前景。”

“比如,常见的糖尿病的治疗,通过体内或者皮下植入类似的设备,监控血糖浓度并作出及时的给药反馈是很有意义的。更进一步来说,对于一些心脏跳动不规律比较严重的患者来说,可以制备一个类似‘补丁’的贴片,贴在心脏上,对心脏进行一定刺激辅助跳动,而且不需要通过二次手术取出。”贺永举例称。

贺永认为,可完全降解的药物递送设备未来的应用前景应该是朝着智能化、一体化和无源化的方向发展,其中智能化即能够对体内需要作用的病灶智能监控并且给药,是最为理想的形式。一体化是将多种功能集成在一个驱动器上或者多种药物协同作用,尽量减少植入的设备数量与体积。而无源化则是指不依靠机体外的能量供应系统就能实现设定的功能。

“结合最近的全降解摩擦纳米发电机作为能量的供应系统,可以极大地将患者和医生解放出来,治疗的时间和场所也没有特殊要求。”贺永说。

据记者了解,摩擦纳米发电机作为一种自供能能源转换装置,具有独特的工作方式:摩擦起电和静电感应以及较高的能源转换效率,可用来给植入式电子器件供能。到目前为止,已有研究人员开发出多种可降解的摩擦纳米发电机,并用于心脏起搏、健康监测及细胞组织工程等领域。

相关论文信息:https://www.nature.com/articles/s41467-019-13198-y

《中国科学报》 (2019-12-09 第5版 医药健康)
 
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