用于药物输送的可植入设备在局部化给药和受控药理学治疗中展现出了强劲的功能，其中结构设计和材料特性实现预定功能的重要支撑。但是，通常情况下，这些平台中的大多数依赖于多孔支架的被动药物扩散或随着时间推移而生物降解的软聚合物基质的释放。这些设备基于扩散控制的药物分子泄漏而实现功能，其给药速率被动地取决于系统与周围环境生物学相互作用时的状态。尽管在储药装置和流体通道中内置电子可编程阀门可以使药物释放动力学具有更大的通用性，但是需要进行二次外科手术，以在完成输送功能后取出植入的硬件。
近期发表在Science Advances杂志上题为Wirelessly controlled, bioresorbable drugdelivery device with active valves that exploit electrochemically triggered crevice corrosion的文章，来自美国西北大学的John A. Rogers团队。
在这里，John A. Rogers团队报道了一种可完全生物降解的可植入给药装置，该装置系统将具有生物相容性的无线电力收集功能与可电化学降解的阀门相结合，能够实现对输送过程确定性控制。实验结果显示，对平台中药物释放可以进行确定的可编程控制，且该平台在体内完全自然地降解而没有残留物。具体而言，这种给药策略通过邻近传输线圈启动无线传输电流进而导致金属门结构的电化学加速溶解，从而实现药物的可控释放。与高温致动不同，这种“开门”的缝隙腐蚀现象可实现快速且节能的药物释放。此外，使用具有各种形状和大小的金属闸门来开发此方案，可以实现所需的动力将有效剂量传递到目标组织。
图1 无线可编程可生物降解的药物输送系统 在该研究中，药物递送系统由聚合物储存器、无线电力收集器和金属闸阀组成。用作基底材料的PBTPA是可生物吸收的聚酸酐，适用于水性药物的安全壳。此处显示的单个储液罐带有一对与PBTPA外壳组装在一起的镁（Mg）电极。无线功率收集器依靠与外部传输线圈的磁感应耦合在Mg电极之间产生电偏置，其中Mg电极用作阳极（称为闸门，用作通向下方储层的阀门），而另一个作为阴极。该收集单元由Mg的射频（RF）线圈，使用硅纳米膜（SiNM）构成的RF二极管和Mg / SiO2 / Mg多层堆叠中的平行板电容器组成，如图1所示。
图2 加速腐蚀“开门”的机制 研究人员总结了施加电压、闸门面积和厚度对打开闸门所需时间的影响。图3A显示了在各种施加电压下具有固定尺寸（厚度为30μm；面积为3 mm2 x 3 mm2）的闸门的腐蚀电流随时间的变化。这些数据的分析定义了施加电压，断开所需的时间和腐蚀速率）之间的关系。正如预期的那样，打开闸门所需时间和腐蚀速率与施加的电压成比例。图3B显示了固定电压（0.5 V）和栅极厚度（30μm）的栅极面积与打开闸门所需时间之间的直接关系。
图3 具有电化学控制的生物可降解药物递送载体的触发和释放行为 
图4 阿霉素释放后，对NIH-3T3细胞和肿瘤细胞的活力进行体外评估
将该基本系统扩展为包括多个药物容器和调谐至不同共振频率的相应RF能量收集器，可以根据需要定时触发多个释放行为。这种类型的多药库系统可以与一种药物或它们的多种组合一起使用。图5A给出了一个设备的示意图，该设备包括三个可独立的容器和三个能量收集器。每个收集器分别受控于来自不同的谐振频率，同的谐振频率以及线圈的物理间隔使相互干扰降到最低。
图5 具有三个可单独寻址的用于调节血糖的药物储存器的无线可编程、生物可降解药物释放载体的体内实验
在另一个实例中，闸门附近和周围的聚合物结构的整合允许利多卡因的定向和局部释放，用于坐骨神经上的局部疼痛阻滞。图6A展示了该平台的三个独立的储库及其神经套，用于将药理学局部递送至目标部位。图6A的插图突出显示了三重储层和聚坐骨神经包裹定位释放的聚乳酸-乙醇酸（PLGA）袖带之间的界面。图6（B到D）中显示了该装置以及相关手术程序的示意图和图像，用于植入雄性Lewis大鼠的右坐骨神经附近。以不同的频率（5、10和15MHz）和不同的时间传递的RF功率独立地触发每个药库。
图6 具有三个独立容器和袖带结构的无线可编程、可生物降解药物释放载体的体内演示，可作为缓解疼痛的局部麻醉剂 总而言之，完全由生物可降解材料构成的无线可编程、无电池药物输送系统代表了适用于各种应用的靶向药物治疗的一类通用技术。有效的围堵措施和经过精心设计的储罐方法有助于将其应用于多种药物，包括蛋白质和激素，这代表了未来工作的方向。
图文来源：EngineeringForLife