这种设计可以防止医疗植入物周围疤痕组织的积累
将胰岛素释放到体内的植入式装置有望成为治疗糖尿病的另一种方法，无需注射胰岛素或插入导管。然而，迄今为止阻止它们使用的一个障碍是，免疫系统在植入后会攻击它们，形成一层厚厚的疤痕组织，阻止胰岛素的释放。
这种现象被称为异物反应，也可以干扰许多其他类型的植入式医疗设备。然而，麻省理工学院的一组工程师和合作者现在已经设计出一种方法来克服这种反应。在一项对小鼠的研究中，他们表明，当他们将机械驱动集成到一个软机器人设备中时，该设备保持功能的时间比典型的机器长得多药粒装植体。
该装置每12小时反复充气和放气5分钟，这种机械偏转防止免疫细胞研究人员发现，这是从设备周围积累的。
“我们正在使用这种类型的运动来延长这些植入储存罐的寿命和功效，这些储存罐可以输送胰岛素等药物，我们认为这个平台可以扩展到应用之外，”机械工程Latham家庭职业发展副教授、麻省理工学院医学工程与科学研究所的成员Ellen Roche说。
在其他可能的应用中，研究人员现在计划看看他们是否可以使用该设备来运送胰岛细胞，这些细胞可以作为“生物人工胰腺”来帮助治疗糖尿病。
罗奇是这项研究的共同资深作者，她和艾米尔·多兰(Eimear Dolan)是她实验室的前博士后，现在是戈尔韦爱尔兰国立大学的教员。加里·达菲，也是NUI戈尔韦的教授，是这项工作的关键合作者，该工作出现在自然通讯．麻省理工学院博士后William Whyte和Debkalpa Goswami以及访问学者Sophie Wang是这篇论文的主要作者。
调节免疫细胞
大多数1型糖尿病患者，以及一些2型糖尿病患者，必须每天给自己注射胰岛素。一些患者使用可穿戴式胰岛素泵，这种泵附着在皮肤上，通过插入皮下的管子输送胰岛素，或者使用不需要管子就能输送胰岛素的贴片。
多年来，科学家们一直在研究可以植入皮肤下的胰岛素输送装置。然而，在这些设备周围形成的纤维胶囊可能会导致设备在几周或几个月内故障。
研究人员尝试了许多方法来防止这种疤痕组织的形成，包括局部注射免疫抑制剂。麻省理工学院的研究小组采取了一种不同的方法，不需要任何药物，相反，他们的植入物包括一个机械驱动的软体机器人装置，可以充气和放气。在2019年的一项研究中，罗奇和她的同事(多兰是第一作者)表明，这种振荡可以调节附近的免疫细胞对植入设备的反应。
在这项新研究中，研究人员想看看这种免疫调节作用是否有助于改善药物输送。他们制造了一个由聚氨酯制成的双腔装置，这种塑料与包围组织的细胞外基质具有类似的弹性。其中一个腔室作为药物储存罐，另一个作为柔软的充气驱动器。使用外部控制器，研究人员可以刺激执行器在特定的时间表充气和放气。在这项研究中，他们每12小时进行一次驱动，每次5分钟。
这种机械驱动会赶走一种叫做中性粒细胞的免疫细胞，这种细胞会启动导致疤痕组织形成的过程。当研究人员将这些设备植入小鼠体内时，他们发现在设备周围形成疤痕组织需要更长的时间。疤痕组织最终形成了，但它的结构不同寻常:它不是在静态设备周围形成的纠结的胶原纤维，胶原纤维周围的驱动装置高度排列，研究人员认为这可能有助于药物分子通过组织。
王说:“短期内，我们看到组织中围绕设备的中性粒细胞更少，从长远来看，我们看到胶原蛋白结构存在差异，这可能与为什么我们在整个8周的时间内有更好的药物输送有关。”
持续给药
为了证明这种设备的潜在用途，研究人员表明它可以用来在小鼠体内输送胰岛素。该装置的设计使胰岛素可以缓慢地从药物库中的孔隙中渗出，或在执行器控制下以大爆发的方式释放。
研究人员评估了胰岛素的释放通过测量小鼠血糖水平的后续变化。他们发现，在使用驱动装置的小鼠中，在整个8周的研究中，有效的胰岛素输送都得到了维持。然而，在未接受驱动的小鼠中，仅在两周后，传递效率就开始下降，八周后，几乎没有胰岛素能够通过纤维囊。
作者还创造了一个人体大小的设备版本，120毫米乘80毫米，并表明它可以成功地植入人类尸体的腹部。
戈斯瓦米说:“这是一个概念证明，表明有一种微创手术技术可能被用于更大规模的人体规模的设备。”
研究人员与圣路易斯华盛顿大学医学院的杰弗里·米尔曼(Jeffrey Millman)合作，现在计划对该设备进行改造，使其能够用于输送干细胞衍生的胰腺细胞，这些细胞能够感知葡萄糖水平，并在葡萄糖过高时分泌胰岛素。这种植入物可以让患者不再需要持续测量血糖水平和注射胰岛素。
罗氏说:“我们的想法是，这些细胞将常驻在储存库中，它们将充当胰岛素工厂。”“他们会检测血液中的葡萄糖水平，然后释放胰岛素这是必要的。”
其他可能的应用研究人员已经对这种设备进行了探索，包括提供治疗卵巢癌的免疫疗法，以及将药物输送到心脏，以预防心脏病发作患者的心力衰竭。
“你可以想象，我们可以将这项技术应用于任何受到异物反应或纤维胶囊阻碍的东西，并产生长期效果，”罗奇说。“我认为任何一种植入式药物输送装置都能从中受益。”
进一步探索
