동적 작동으로 이식형 약물 전달 플랫폼에서 수송이 향상되고 치료 수명이 연장됩니다.

Nature Communications 13권, 기사 번호: 4496(2022) 이 기사 인용

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FBR(이물 반응)에 이차적인 섬유 캡슐(FC) 형성은 분자 수송을 방해하고 이식형 약물 전달 장치의 장기적인 효능에 해롭습니다. 특히 조정 가능한 경우 시간적 제어가 필요합니다. 우리는 두 가지 뚜렷하면서도 시너지 효과가 있는 소프트 로봇 전략을 사용하여 이러한 숙주 면역 반응을 완화하고 극복하기 위한 이식형 기계치료 약물 전달 플랫폼의 개발을 보고합니다. 첫째, 일일 간헐적 작동(12시간마다 5분 동안 1Hz로 순환)은 세포 FBR의 국소 면역 조절을 중재하고 다상 측두 FC를 유도함으로써 이식 8주 동안 모델 약물(인슐린)의 장기적이고 빠른 전달을 보존합니다. 변화. 둘째, 작동 매개 치료의 신속한 방출은 조정 가능한 시간적 제어를 통해 물질 전달 및 치료 효과를 향상시킬 수 있습니다. 임상 번역을 향한 단계에서 우리는 인간 사체 모델에 확장된 장치를 이식하기 위해 최소 침습 경피 접근 방식을 활용합니다. 당사의 소프트 작동 가능 플랫폼은 제1형 당뇨병 관리와 같이 수송이 섬유증에 의해 영향을 받는 다양한 적응증에 대한 잠재적인 임상적 유용성을 가지고 있습니다.

우리의 면역 체계는 이물질 침입에 대해 강력한 방어 메커니즘을 갖추도록 진화했습니다. '이물질'이 있는 경우 호중구 침윤은 일련의 염증 및 상처 치유 과정을 시작하여 조밀하고 캡슐화된 섬유질 캡슐(FC)1,2의 형성을 촉진합니다. FBR(이물질 반응)은 잠재적인 독소에 대한 노출을 최소화하며 종종 유리합니다. 예를 들어, 총상을 입은 군인은 납중독의 임상 증상이 거의 나타나지 않습니다3,4.

그러나 이러한 보호 반응은 유방 보형물5,6, 심장 판막7, 심박 조율기8와 같은 이식형 생체의학 장치의 장기적인 내구성에 해롭습니다. 이러한 장치는 현대의 환자 치료를 변화시켰지만 면역 침윤과 섬유증 반응으로 인해 시간이 지남에 따라 장치 기능이 무효화되어 고통스러운 교정 또는 교체 수술이 필요할 수 있습니다. 이 섬유 장벽은 연속 혈당 모니터와 같은 바이오센서와 국소 조직 환경과의 대화형 통신에 의존하는 인슐린 펌프와 같은 제어된 약물 방출 장치에 특히 해롭습니다9,10,11. 이러한 경우 저투과성 캡슐이 형성되면 임플란트로의 분자 수송이 방해를 받고 치료 실패로 이어질 수 있습니다.

적절한 예 중 하나는 전 세계 1,800만 명에게 영향을 미치고 연간 경제적 부담이 미화 900억 달러가 넘는 만성 질환인 제1형 당뇨병의 관리입니다(연구: 제1형 당뇨병 비용 상쇄에 필요한 질병 수정 치료법 - 청소년 당뇨병 연구). 기반). 지속적인 혈당 모니터링과 신속하고 반응성이 뛰어난 인슐린(또는 글루카곤) 방출을 결합한 인공 췌장의 성공적인 구현 및 임상 채택은 이 환자 집단의 결과와 삶의 질을 크게 향상시킬 것입니다. 완전 자동화된 폐쇄 루프 인슐린 전달 시스템의 개발은 사용자의 부담을 줄이고 매일 여러 번 주사할 필요성을 제거하며 최적의 혈당 범위에서 소요되는 시간을 늘릴 것입니다. 이는 장기적인 당뇨병 합병증을 예방하는 데 필수적입니다. 불행히도, 이러한 장치를 개발하려는 현재의 노력은 역동적이고 예측할 수 없는 FBR로 인해 방해를 받아 이식 후 몇 주에서 몇 달 동안 포도당 감지 부정확성, 인슐린 방출 억제 및 점진적인 기능 손실로 이어졌습니다4,15,16,17. 미래를 내다보면, 줄기세포 유래 췌장 β세포를 포함하는 살아있는 임플란트는 당뇨병의 잠재적인 치료법을 제시합니다. 그러나 FC 장벽으로 인한 산소 및 분자 수송의 감쇠는 여전히 이러한 임플란트의 성공적인 임상 번역에 주요 장애물을 구성합니다9,10,18,19. (i) FBR을 완화하거나 (ii) FC를 통한 이동을 개선하는 방법이 이 만연한 질병의 관리를 변화시킬 수 있다는 것은 분명합니다. 또한, 이러한 방법은 FBR의 영향을 받는 다양한 질병 및 장치 기반 치료에 대해 더 넓은 의미를 가질 수 있습니다.