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光照射下即可分解的醫療器材

出處 MIT NEWS 作者 劉聖哲摘譯 年份 2020/03/18
報告類型 新聞報導 分類 原子科技及民生應用 資料時間 2020年3月
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       麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology, MIT)之柯克綜合癌症研究所(Koch Institute for Integrative Cancer Research)的一組研究團隊,最近在《科學前緣(Science Advances)》上發表他們開發出一種新型、用光照即可分解的「光敏水凝膠(light-sensitive hydrogels)」。這項新材料或可用來製造某些施用於人體內的醫療器材,而且當這些醫材不再需要時,只要照光就能令它們在體內自行分解。

       目前用於腸胃道疾病診斷、治療、或監視之各式各樣醫療器材大多是插入腸胃道之侵入式器材,並且有很多種器材於診療完畢或是其醫療任務結束時,須另外施行內視鏡外科手術才能將之移除。那麼,有沒有不需要諸多的內視鏡手術程序就能讓醫生輕鬆便捷地將它們移除的醫材呢?

       在此之前,科羅拉多大學波德分校(University of Colorado at Boulder)化學與生物工程教授Kristi Anseth的實驗室曾經開發出一種對照光敏感的聚合物凝膠,此凝膠的分子結構包含一個化學鍵,當它被波長為405~365nm之藍色至紫外線光照射時,化學鍵就會斷裂。

       本研究論文的第一作者Ritu Raman則進一步地將Anseth的凝膠與聚丙烯醯胺類之更強成分連結,形成一個聚合物網路圍繞另一個聚合物網路之「雙重網路」結構,開發出新的「光敏水凝膠」,這是種更堅韌耐用、富彈性且能輕鬆塑造成各種形狀、具生物相容性而可以用於製作醫療器材的材料;當它被正確波長的光照射時,仍然會破裂分解;透過改變凝膠之組成比例,還能調整它的機械強度或被光照時的分解速度。而使用不同波長的光也能控制此材料分解需要的時間,例如以藍光照射時分解速度較慢,但這樣對人來說是比較無害的。

       在這項研究中,研究人員展示兩種用新凝膠製作的「概念醫材」:減肥用之胃內氣球和食道支架。首先,他們將新凝膠氣球對豬測試。研究人員把氣球填充會吸水的聚丙烯酸鈉,然後放到豬的胃裡,氣球便立即膨脹。然後他們讓豬吞下可被自然釋出小型藍光的LED,結果發現於6小時後,氣球會開始緩慢「洩氣」;如果使用更高功率的光,材料甚至可在30分鐘內發生分解。研究人員也使用新凝膠製作幫助治療食道癌或者其他導致食道狹窄疾病的食道支架。當治療完畢不再需要支架時,用光照射就可以將它分解而通過消化道。

       研究人員說,除了上述兩個應用外,新凝膠還可以用於製造將藥物送到胃腸道等其他可降解的工具。經過概念性驗證新凝膠的可行性後,研究人員未來將繼續找出它的最合適應用。

圖說:(A)圖左:氣球放進胃裡然後膨脹;圖中:LED光源使氣球分解;圖右:氣球隨後洩氣。(B)用光敏水凝膠製成的氣球。(C)圖上:由內視鏡觀察到氣球放入胃後1分鐘的膨脹情形;圖下:氣球放入胃後t=0與t=6小時之放射攝影照片。(Source: Ritu Raman et. al, Light-degradable hydrogels as dynamic triggers for gastrointestinal applications. Science Advances, 2020 DOI: 10.1126/sciadv.aay0065)