水凝胶使可摄入的医疗装置可以用光分解

麻省理工学院工程师演示了一种可以在胃中充气的肥胖气球，然后通过在密封件上闪亮的光，这是由新型光敏聚合物制成的。

可以将各种医疗装置插入胃肠道以治疗，诊断或监测GI疾病。一旦工作完成，许多这些必须通过内窥镜手术去除。然而，麻省理工学院工程师现在已经提出了一种方法来触发这种装置，当它们暴露于来自可摄取的LED的光线时，可以触发这样的装置。

新方法基于研究人员设计的光敏水凝胶。研究人员说，将这种材料避免了许多内窥镜手术，并将医生提供更快，更简单的方法来删除设备或无法正常运行。

“我们正在开发一组可以居住在胃肠道中的一组系统，作为其中的一部分，我们希望开发不同的方式，我们可以在没有要求主要程序的要求下触发不同的设备，“Brigham和Wigham和女性医院的胃肠学家机械工程助理教授Giovanni Traverso（Giovanni Traverso）说，以及该研究的高级作者。

可以吞噬这样的可摄取的LED以使光敏医疗器械暴露在光线下，有助于它们在身体中分解。

在猪的一项研究中，研究人员表明，在从小LED暴露于蓝色或紫外线之后，可以触发用这种光敏水凝胶制成的装置。

MIT Koch综合癌症研究所的博士后RAMAN是本文的牵头作者，今天出现了科学推进。本文的其他作者是前技术伙伴蒂芙尼华，江林周，蒂娜·埃斯美德，而Vance飙升;技术员工Deplan Gwynne，Joy Collins和Siddartha Tamang;研究生Simo Pajovic;比较医学兽医艾莉森艾莉森·艾丽森;和大卫H. Koch Institute教授Robert Langer。

受控崩溃

在过去的几年里，Traverso和Langer已经开发出许多可摄取设备，该设备旨在长时间留在GI道。他们还在各种策略上致力于控制这些装置的分解，包括基于pH或温度变化的方法，或暴露于某些化学品。

“鉴于我们在胃肠道长时间持续的发展系统的兴趣，我们继续调查一系列方法，以便在不利反应中或不再需要它们时，促进这些系统或不再需要，”Traverso说。“我们真的在看着不同的触发器以及他们如何执行，以及我们是否可以将它们应用于不同的设置。”

在这项研究中，研究人员探讨了一种基于轻型的触发器，他们认为可以以较早的方法提供一些优势。一种潜在的优点是光可以在距离处采取行动，并且不需要直接地接触被分解的材料。此外，灯通常不会穿透GI道，因此没有机会触发。

为了创建新材料，拉曼设计了一个基于在Kristi Anseth Lab，这是一位前Langer Lab Postdoc在Kristi Anseth实验室开发的材料的光敏水凝胶，他们现在是科罗拉多大学的Colorado大学化学和生物工程教授。该聚合物凝胶包括当暴露于405和365纳米（蓝色至紫外线）之间的光的波长时破裂的化学键。

拉曼决定了，而不是制造完全由该光敏聚合物组成的材料，而是将其用来将更强的组分（如聚丙烯酰胺）连接在一起。这使得整体材料更耐用，但仍然允许在暴露于右波长的光线时分开或削弱。她还将材料构建为“双网络”，其中一个聚合物网络围绕另一个。

“你正在形成一个聚合物网络，然后在它周围形成另一个聚合物网络，所以它真的纠缠了。这使它非常艰难，弹性，“拉曼说。

可以通过改变凝胶的组成来调整材料的性质。当光敏接头占材料的较高百分比时，它响应光而变得更快，但也是机械较弱的。研究人员还可以通过使用不同波长的光来控制分解材料所需的时间。蓝光效果慢，但对紫外线损坏敏感的细胞的风险较低。

用光放气

凝胶及其击穿产品是生物相容性的，并且凝胶可以容易地模制成各种形状。在这项研究中，研究人员使用它来展示两种可能的应用：对畜分球囊和食道支架的密封。标准的肥胖气球有时用于帮助治疗肥胖，在患者的胃中充气并充满盐水。大约六个月后，通过内窥镜手术去除气球。

相比之下，通过将密封暴露于微小的LED灯，可以通过将密封暴露于微小的LED灯来降低的肥胖症气球，这原则上将被吞下，然后通过身体。他们的气球由乳胶制成，充满了聚丙烯酸钠，吸收水。在这项研究中，研究人员在猪中测试了气球，发现气球一旦被放置在胃中就会膨胀。当一个小的可摄取的LED发射蓝光放置在胃中约6小时，气球缓慢放气。具有更高功率的灯，材料在30分钟内突破。

研究人员还将光敏凝胶模塑成食管支架。这些支架有时用于帮助治疗食管癌或其他导致食道缩小的疾病。不再需要，可以将光触发的版本分解并通过消化道。

根据这两个应用，根据研究人员，这种方法可用于创造其他种类的可降解装置，例如用于将药物递送给胃肠道的车辆。

“这项研究是一种概念证据，我们可以创造这种材料，现在我们正在考虑它是什么最好的应用程序，”Traverso说。

参考：RITU Raman，Tiffany Hua，Deplan Gwynne，Joy Collins，Siddartha Tamang，Jianlin Zhou，Tina esfandiary，Vance Soares，Simo Pajovic，Alison Hayward，Robert Langer和Giovanni Traverso 2020年1月，科学推进.DOI：
10.1126 / sciadv.aay0065.

该研究由国家卫生研究所，梅尔印度盖茨基金会，Koch Institute支持（核心）批准，来自国家癌症研究所，以及妇女妇女的AAAS L'Oréal。