Forskere udvikler sprøjteinjicerbare, selvekspanderbare og ultraformbare magnetiske nanoark

Sprøjte-injicerbare biomaterialer, medicinsk udstyr og konstrueret væv har tiltrukket sig stor opmærksomhed som minimalt-invasive implantater til diagnose, terapi og regenerativ medicin.

Fritstående polymere ultratynde film, almindeligvis omtalt som polymere nanoplader, er en af ​​de almindeligt anvendte platforme til sprøjteinjicerbare biomedicinske anordninger på grund af deres fleksibilitet og tilpasningsevne.

Disse nanoark er mindre end 1 mikrometer i tykkelse, som er tyndere end et hårstrå (håret er normalt omkring 100 mikrometer bredt). De er en lovende platform for lægemiddellevering gennem kanyleinjektion.

På trods af den seneste udvikling inden for nanosheets-teknologier, der anvender polymælkesyre (PLA) og polymælke-co-glykolsyre (PLGA), polymere nanoplader mangler endnu at overvinde adskillige tekniske udfordringer for at fungere som en effektiv injicerbar platform:nemlig, begrænsning i størrelsen af ​​nanoark, der kan injiceres gennem medicinske nåle, suboptimal mekanisk robusthed (f.eks. rivning under injektion), og begrænset kontrol over formgendannelse og bevægelseskontrol efter injektion.

For at overvinde disse begrænsninger, forskere fra Digital Manufacturing and Design (DManD) Center i Singapore University of Technology and Design (SUTD) udviklede nanoark ved hjælp af polyurethan-baseret formhukommelsespolymer (SMP) og magnetiske nanopartikler (MNP) for at demonstrere hidtil usete evner til at håndtere nanoark. SMP tilbyder to unikke mekaniske egenskaber - en stor ændring i Young's moduli ved ændringen i temperatur, og formhukommelseseffekt (SME) for at gendanne den gemte form.

Ud over, forskerne viste, at de fremstillede SMP nanoark kan gøres magnetiske med MNP til at udføre berøringsfri bevægelseskontrol ved hjælp af et eksternt magnetfelt. Specifikt, følgende fire egenskaber blev demonstreret ved at bruge det 710 nm tykke nanoark med glasovergangstemperaturen (Tg) på 25 °C:sprøjteinjicerbarhed gennem medicinske nåle, selvekspanderbarhed efter udstødning, tilpasningsevne og aftagelighed på de biologiske overflader, og styring i et eksternt magnetfelt. Disse egenskaber muliggør in vivo praktiske anvendelser som en sprøjteinjicerbar platform.

Som en ekstra fordel, ændringen af ​​modulet ved temperatur giver en unik evne til at kontrollere vedhæftningen og fjernelsen af ​​MNP-SMP nanopladen på de biologiske overflader. Dette ville have været vanskeligt at opnå ved at bruge konventionelle nanoark med et konstant modul og er ikke blevet demonstreret tidligere.

Overvejer sprøjte-injicerbar levering af molekylære lægemidler eller cellulære konstruktioner i indre organer, forskerne tilføjede MNP-SMP nanoarkene et ekstra lag af PLGA, som er bedst kendt som et biomateriale, der bruges til medicinafgivelse, at udvide funktionaliteten som bærer af molekylære og cellulære lægemidler. Dette kan gøres uden at gå på kompromis med de demonstrerede muligheder. SMP og MNP tilbød de samme muligheder til nanoarkene indeholdende et ekstra lag af PLGA, antyder det store potentiale i de udviklede nanoark til lægemiddel- og cellelevering.

"MNP-SMP nanoark kan funktionaliseres yderligere ved at indlæse eller udskrive lægemidler, celler og elektriske kredsløb på overfladen ved at integrere nye udskrivningsteknologier såsom inkjet-print, 3D-udskrivning og bioprinting, " sagde Dr. Kento Yamagishi fra SUTD, avisens hovedforfatter.

"MNP-SMP nanoarkene vil bidrage til udviklingen af ​​avanceret medicinsk udstyr til sprøjteinjektion som en platform til at levere lægemidler og celler til det specifikke sted eller læsion i kroppen til minimalt invasiv diagnose og terapi, " tilføjede hovedefterforsker, Adjunkt Michinao Hashimoto fra SUTD.