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麻省理工学院计算模型可帮助药物输送微粒通过注射器挤压

时间：2021-10-16 08:52:10 来源：

MIT研究人员开发了一种计算模型，可以帮助改善药物输送微粒的可注射性并防止堵塞。使用此模型，研究人员能够在可以成功注入的微粒的百分比增加六倍。

麻省理工学院工程师正在使用计算建模，以防止微粒在注射期间堵塞。

微粒提供有希望的方法可以立即提供多剂量的药物或疫苗，因为它们可以设计成以特定间隔释放其有效载荷。然而，围绕砂粒尺寸的颗粒可能难以注射，因为它们可以在典型的注射器中堵塞。

麻省理工学院研究人员现在开发了一种计算模型，可以帮助他们提高这种微粒的可注射性并防止堵塞。该模型分析了各种因素，包括颗粒的尺寸和形状，以确定可注射性的最佳设计。

使用此模型，研究人员能够在可以成功注入的微粒的百分比增加六倍。他们现在希望使用该模型开发和测试可用于在其他潜在应用中提供癌症免疫疗法药物的微粒。

“这是一个可以帮助我们在实验室中开发的一些技术，并我们试图进入诊所，”麻省理工学院的综合癌症研究所的研究科学家Ana Jaklenec说：“这是一个框架。” 。

jaklenec和罗伯特兰德，大卫霍夫科赫学院的麻省理工学院教授是该研究的高级作者，今天出现在科学进步。本文的领先作者是MIT研究生Morteza Sarmadi。

微粒的尺寸为1至1,000微米（米百万米）。许多研究人员正在使用由聚合物和其他材料制成的微粒来递送药物，并通过FDA批准了大约十几种这些药物制剂。但是，其他人因注射它们而失败。

“主要问题是堵塞，在系统中的某个地方，不允许全部送达待交付，”Jaklenec说。“由于可注射性的挑战，这些药物中的许多药物不会使其过去的发展。”

这种药物通常静脉内或皮肤下注射。甘肃说，确保这些药物成功达到目的地是药物开发过程中的一个关键阶段，而是往往是往往的往往是谁，并且可以挫败其他有前途的治疗方法。

“可注射性是药物如何成功的主要因素，但是努力提高行政技术的注意力很少，”他说。“我们希望我们的工作可以改善新颖和先进的受控释放药物制剂的临床翻译。”

Langer和Jaklenec一直在致力于开发中空微粒，可以用多剂量的药物或疫苗填充。这些颗粒可以设计成在不同时间释放其有效载荷，这可以消除多次喷射的需要。

为了提高这些和其他微粒的可注射性，研究人员通过分析改变微粒的尺寸和形状的效果，悬浮的溶液的粘度，以及用于输送它们的注射器和针的尺寸和形状。它们测试了不同尺寸的立方体，球形和圆柱形颗粒，并测量了每一个的可注射性。

然后，研究人员使用该数据来训练称为神经网络的计算模型，以预测这些参数如何影响可注射性。最重要的因素是粒度，溶液中的颗粒浓度，溶液的粘度和针尺寸。研究药物传递微粒的研究人员可以简单地将这些参数输入到模型中，并预测其粒子的可注射方式，节省他们必须花费不同版本的粒子并通过实验测试它们的时间。

“而不是通过实验，来回走，不知道系统如何成功，你可以使用这个神经网络，它可以提前引导你，了解系统，”苏马达迪说。

研究人员还使用了它们的模型来探索注射器的形状如何影响可注射性的程度。它们以最佳的形状提出，类似于喷嘴，宽直径朝向尖端逐渐变细。研究人员使用该注射器设计测试了他们在2017年科学研究中描述的微粒的可注射性，并发现它们增加了15％至近90％的颗粒的百分比。

“这是最大化作用在颗粒上并将颗粒推向针头的力的另一种方法，”Sarmadi说。“这是一个有希望的结果，表明是微粒系统的可注射性的改进巨大空间。”

研究人员现在正在努力设计用于提供癌症免疫疗法药物的优化系统，这有助于刺激破坏肿瘤细胞的免疫应答。他们认为这些类型的微粒也可用于提供各种疫苗或药物，包括小分子药物和生物学，包括大分子如蛋白质。

该研究由票据和梅林达盖茨基金会资助，来自国家癌症研究所的Koch Institute支持（核心）批准，以及国家卫生局院露丝L. Kirschestein国家研究服务奖。

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