Millirobot biodegradable basado en nanofibras que puede liberar fármacos en posiciones específicas en los intestinos
Impulsado por fuerza magnética, Fibot se mueve en el estómago de un cerdo y luego se degrada en la posición objetivo. Crédito: Matter
Un milirobot biodegradable basado en nanofibras llamado Fibot fue desarrollado con éxito en una investigación dirigida por un académico de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong (CityU). Fibot puede moverse en los intestinos y degradarse en respuesta al pH de su entorno, liberando así diferentes fármacos en diferentes posiciones ancladas. La investigación ha arrojado luz sobre el desarrollo de milirobots, con la aplicación potencial de la liberación controlada de fármacos en posiciones específicas en los intestinos. La investigación también ha facilitado el desarrollo de dispositivos biodegradables y adaptativos con aplicaciones biomédicas.
El equipo de investigación estuvo dirigido por el Dr. Shen Yajing, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Biomédica (BME) de CityU. Sus hallazgos se publicaron en la revista académica Matter, titulada «Millirobot biodegradable basado en nanofibras con funciones de anclaje controlable y liberación gradual adaptativa».
Fibot puede moverse y ‘anclarse’ en los intestinos, impulsado por un imán externo campo
La liberación dirigida del fármaco en las ubicaciones deseadas es difícil en el tracto gastrointestinal debido al entorno ácido/alcalino del estómago y los intestinos, así como a la superficie rugosa de la pared gástrica y el peristaltismo del intestino. Sin embargo, el Dr. Shen y su equipo superaron todos estos obstáculos.
«Nombramos a este milirobot blando basado en nanofibras Fibot. Se puede usar para un anclaje controlable y es totalmente degradable en respuesta al pH de su entorno. Por lo tanto, Fibot puede liberar varios medicamentos incrustados en su cuerpo y piernas paso a paso en el tracto gastrointestinal», dijo el Dr. Shen, al presentar los logros de investigación del equipo.
Crédito: Universidad de la Ciudad de Hong Kong
«Anclaje» significa que Fibot puede permanecer en una posición fija después de haber sido movido a la ubicación deseada dentro del intestino, sin ser empujado por el peristaltismo. Impulsado por un campo magnético externo, el Fibot de múltiples patas puede moverse con eficacia en el complicado entorno del tracto gastrointestinal y anclarse en la pared intestinal mediante la aplicación de un fuerte campo magnético.
Experimentos in vivo en los conejos prueban que Fibot puede degradarse por completo en cuatro horas
«Las patas de Fibot pueden penetrar la mucosa intestinal, lo que le permite anclarse en la posición deseada del intestino sin ser empujado por el peristaltismo. Este es un requisito previo para la liberación del fármaco en una posición específica. Además, con un control preciso del campo magnético, las piernas de Fibot no alcanzan las capas de la submucosa y la capa muscular externa del tracto gastrointestinal, lo que evita efectivamente el riesgo potencial de perforación intestinal», explicó el Dr. Shen.
El equipo realizó varios experimentos con Fibot. Descubrieron que, impulsado por la fuerza magnética, Fibot se movía 7 cm en 10 segundos en el estómago de un cerdo, que es resistente, húmedo y ácido, con un pH de 5. Esto demostró la capacidad locomotora de Fibot en el estómago.
El equipo también realizó un experimento in vivo en el intestino de un conejo con Fibot. Cuando Fibot se movió a la región intestinal objetivo, el equipo aplicó un campo magnético más fuerte para anclarlo al tejido intestinal. Fibot permaneció allí durante cuatro horas y finalmente se degradó por completo en esa posición.
Fibot se trasladó al intestino de los conejos en aproximadamente 15 minutos bajo la guía de una fuerza magnética externa, mientras que la fisiología natural tarda más de tres horas. Crédito: Matter
La diferente capacidad de degradación sensible al pH de los materiales fabricados permite la liberación controlable de fármacos
Otra característica de Fibot es su capacidad para liberar fármacos. La clave está en el material fabricado. El equipo fabricó el cuerpo de membrana suave a base de nanofibras de Fibot y la matriz de múltiples patas por separado de materiales biodegradables, y luego ensambló las dos partes con un método de electrohilado asistido por campo magnético.
La estructura especial de núcleo-carcasa del las nanofibras utilizadas en el tejido del cuerpo permitieron la encapsulación del fármaco dentro de la cubierta. Al fabricar las piernas con forma de aguja, el equipo ajustó los componentes del material y los medicamentos se colocaron dentro.
«Dado que ajustamos los materiales durante la fabricación, el cuerpo y las piernas de Fibot pueden degradarse a diferentes valores de pH , lo que nos permite controlar la liberación gradual de diferentes fármacos encapsulados en el cuerpo y las piernas de Fibot», agregó el Dr. Shen.
Los experimentos muestran que en un entorno ácido como el del estómago, donde el pH es inferior a o igual a 5, la estructura de Fibot se mantuvo estable y no mostró fugas de los fármacos encapsulados. Cuando Fibot se encuentra en un ambiente con un pH mayor o igual a 5,5, el cuerpo permanece intacto, pero las piernas se disuelven lentamente y liberan una droga incrustada gradualmente durante unos 40 minutos. El cuerpo restante todavía se puede mover por la fuerza magnética. En un entorno con un pH superior a 6, el cuerpo restante se degrada por completo en siete horas y libera otro tipo de fármaco encapsulado en el cuerpo.
La imagen superior muestra la estructura de Fibot, el milirobot basado en nanofibras. La imagen del estómago en el medio y la imagen inferior muestran que Fibot puede degradarse en respuesta al pH de su entorno y liberar gradualmente un fármaco en el lugar deseado. Crédito: Matter
Fibot es completamente biocompatible y seguro para uso biomédico
«Los experimentos in vivo han demostrado que Fibot es completamente biocompatible y biodegradable, por lo que no causará ninguna obstrucción intestinal. Anclándolo al intestino tejido no condujo a ninguna reacción inflamatoria, por lo que creemos que Fibot es seguro para uso biomédico», agregó el Dr. Shen.
Fibot arroja luz sobre diseños funcionales de milrobots que son completamente biodegradables y pueden liberar fármacos a un posición anclada paso a paso. Los hallazgos tienen potencial para su uso en futuros tratamientos biomédicos, como la administración de regiones específicas y la liberación programable, y la administración de macromoléculas intestinales para aplicaciones clínicas. «Fibot proporciona una nueva solución para la terapia localizada y tiene potencial para la liberación de fármacos transdérmicos macromoleculares», concluyó el Dr. Shen.
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El novedoso spray magnético transforma objetos en milirrobots para aplicaciones biomédicas Más información: Rong Tan et al, milirobot biodegradable basado en nanofibras con anclaje controlable y funciones adaptativas de liberación paso a paso, Matter ( 2022). DOI: 10.1016/j.matt.2022.01.023 Información del diario: Asunto
Proporcionado por la Universidad de la Ciudad de Hong Kong Cita: Milirobot biodegradable basado en nanofibras que puede liberar fármacos en posiciones específicas en los intestinos (29 de abril de 2022) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-04-nanofiber-based-biodegradable-millirobot-drugs-positions.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.