Advanced healthcare materials

Ex vivo manipulation of autologous antigen‐presenting cells and their subsequent infusion back into the patient to dictate immune response is one of the promising strategies in cancer immunotherapy. Here, a 3D alginate scaffold embedded with reduced graphene oxide (rGO) is proposed as a vaccine delivery platform for in situ long‐term activation of antigen‐presenting dendritic cells (DCs). High surface area and hydrophobic surface of the rGO component of the scaffold provide high loading and a very slow release of a loaded antigen, danger signal, and/or chemoattractant from the scaffold. This approach offers long‐term bioavailability of the loaded cargo inside the scaffold for manipulation of recruited DCs. After mice are subcutaneously vaccinated with the macroporous alginate graphene scaffold (MAGS) loaded with ovalbumin (OVA) and granulocyte‐macrophage colony‐stimulating factor (GM‐CSF), this scaffold recruits a significantly high number of DCs, which present antigenic information via major histocompatibility complex class I for a long period. Furthermore, an MAGS loaded with OVA, GM‐CSF, and CpG promotes production of activated T cells and memory T cells, leading to the suppression of OVA‐expressing B16 melanoma tumor growth in a prophylactic vaccination experiment. This study indicates that an MAGS can be a strong candidate for long‐term programming and modulating immune cells in vivo.

Patients with percutaneous coronary intervention generally receive either bare metal stents or drug‐eluting stents to restore the normal blood flow. However, due to the lack of stent production with an individual patient in mind, the same level of effectiveness may not be possible in treating two different clinical scenarios. This study introduces for the first time the feasibility of a patient‐specific stenting process constructed from direct 3D segmentation of medical images using direct 3D printing of biodegradable polymer–graphene composite with dual drug incorporation. A biodegradable polymer–carbon composite is prepared doped with graphene nanoplatelets to achieve controlled release of combinatorics as anticoagulation and antirestenosis agents. This study develops a technology prototyped for personalized stenting. An in silico analysis is performed to optimize the stent design for printing and its prediction of sustainability under force exerted by coronary artery or blood flow. A holistic approach covering in silico to in situ–in vivo establishes the structural integrity of the polymer composite, its mechanical properties, drug loading and release control, prototyping, functional activity, safety, and feasibility of placement in coronary artery of swine.

Mặc dù có tiềm năng điều trị to lớn của siRNA, việc chuyển giao của chúng vẫn gặp khó khăn do hồ sơ phân bố sinh học không thuận lợi và khả năng sinh học nội bào kém. Photphat canxi đã được sử dụng trong gần 40 năm qua cho quá trình chuyển gen in vitro nhờ vào bản chất không độc hại và sự đơn giản trong chuẩn bị. Tuy nhiên, sự phát triển nhanh chóng của các hạt đã cản trở phần lớn việc áp dụng phương pháp này cho mục đích in vivo. Gần đây, đã được chứng minh rằng các dẫn xuất bisphosphonate có thể ổn định vật lý các hạt nano photphat canxi trong khi vẫn cho phép chuyển giao hiệu quả DNA plasmid. Trong nghiên cứu này, hai tác nhân chelate PEG hóa mới (PEG-alendronate và PEG-inositolpentakisphosphate) với các đặc tính ổn định cải thiện được giới thiệu, và đã chứng minh rằng các hạt nano được ổn định bởi bisphosphonate có thể chuyển giao siRNA một cách hiệu quả in vitro. Các hạt nano chủ yếu được hấp thu thông qua nội bào phụ thuộc clathrin, và việc axit hóa khoang nội bào là cần thiết để giải phóng siRNA đã bị giam giữ vào dịch tế bào. Hơn nữa, việc hấp thu các hạt tăng cường khả năng ức chế con đường mevalonate bởi bisphosphonate trong tế bào đại thực bào.

Nghiên cứu này tập trung vào vấn đề quan trọng về khả năng phân hủy sinh học của graphene dưới điều kiện in vivo. Các dấu hiệu đặc trưng của graphene trong phổ Raman được sử dụng để hình ảnh hóa ba chiều (3D) sự phân bố của nó trong phổi, gan, thận và lách của chuột, đồng thời xác định sự phát triển dần dần của rối loạn cấu trúc, diễn ra qua một khoảng thời gian 3 tháng, như được chỉ ra bởi sự hình thành băng D' liên quan đến khuyết tật, sự mở rộng đường nét của dải D và G, sự tăng tỷ lệ I_D/I_G và sự giảm cường độ tổng thể. Trước khi tiêm, graphene chức năng carboxyl có kích thước chiều ngang ∼200 nm được phân tán tốt trong môi trường nước, nhưng 24 giờ sau khi tiêm, các cụm lớn với kích thước lên tới 10 μm được phát hiện trong nhiều cơ quan khác nhau. Sử dụng phương pháp hình ảnh cụm Raman, sự phát triển tạm thời của rối loạn được phát hiện từ ngày thứ 8 trở đi, bắt đầu từ các cạnh và phát triển vào trong trong khoảng thời gian 3 tháng. Sự phân hủy sinh học được thấy rõ ở graphene bị đa thực bào của các đại thực bào gắn với mô và các nghiên cứu biểu hiện gen của các cytokine pro-inflammatoiry cho thấy khả năng đáp ứng miễn dịch hoại tử. Ngoài ra, các nghiên cứu in vitro được tiến hành trên các dòng tế bào đại thực bào cũng cho thấy sự phát triển của rối loạn cấu trúc trong graphene bị nuốt chửng, nhấn mạnh vai trò của các đại thực bào trong quá trình phân hủy sinh học. Đây là báo cáo đầu tiên cung cấp bằng chứng rõ ràng về sự phân hủy sinh học graphene in vivo và những kết quả này có thể thay đổi hoàn toàn quan điểm về các ứng dụng y sinh tiềm năng của graphene.

Ung thư phổi không tế bào nhỏ (NSCLC) là loại ung thư phổi phổ biến nhất với tỷ lệ mắc bệnh và tử vong cao. Trong nghiên cứu này, một cảm biến miễn dịch điện hóa phát quang (ECL) signal-on mới dựa trên nhiều chiến lược khuếch đại được xây dựng để phát hiện siêu nhạy biomarker kháng nguyên fragment cytokeratin 19-21-1 (CYFRA21-1) liên quan đến NSCLC. MXene được chức năng hóa bằng polyethyleneimine (PEI) được trang trí bằng hydroxide kép NiMn (NiMn LDH) để tạo thành composite MXene-PEI-NiMn LDH. Đặc biệt, khung hữu cơ bimetallic La-MOF@ZIF-67 (được gọi là LZBM) và MXene-PEI-NiMn LDH đều hoạt động như các chất xúc tác tăng tốc phản ứng để cải thiện độ phát quang ECL của hệ thống luminol-H₂O₂. Cụ thể, các hạt nano vàng (AuNPs) được phủ trên MXene-PEI-NiMn LDH được sử dụng để gắn antibody CYFRA21-1 chính (Ab₁), trong khi AuNPs trang trí LZBM được sử dụng để tải luminol và antibody CYFRA21-1 thứ cấp (Ab₂) tạo thành dấu vết. Do đó, tín hiệu ECL của cảm biến miễn dịch kiểu sandwich được tăng cường đáng kể nhờ khả năng tải luminol cao và khả năng xúc tác đồng sinh học cho sự phân hủy H₂O₂ thành các loại oxy hoạt tính (ROS). Dưới điều kiện thí nghiệm tối ưu, cảm biến miễn dịch ECL cho thấy hiệu quả phân tích tốt cho việc phát hiện CYFRA21-1 với một khoảng tuyến tính rộng (100 fg mL⁻¹−100 ng mL⁻¹) và giới hạn phát hiện thấp (85.20 fg mL⁻¹), cung cấp một phương pháp hứa hẹn cho chẩn đoán sớm NSCLC.

Các nhiễm trùng đường tiết niệu liên quan đến catheter (CAUTIs) là một trong những nhiễm trùng bệnh viện phổ biến nhất. Các chiến lược phủ hiện tại nhằm ngăn ngừa sự hình thành sinh khối liên quan đến catheter bị hạn chế bởi hiệu quả kém trong dài hạn và khả năng ứng dụng hạn chế trên các vật liệu đa dạng. Trong nghiên cứu này, các tác giả báo cáo về một lớp phủ không bám bẩn hiệu quả cao với hoạt động ngăn ngừa sinh khối lâu dài và có thể ứng dụng cho nhiều loại catheter khác nhau. Lớp phủ mỏng này có tính chất trơn, ổn định, đồng nhất cao và cho thấy khả năng ngăn ngừa sự hình thành sinh khối trên chín chủng vi khuẩn khác nhau cũng như ngăn ngừa sự di chuyển của vi khuẩn trên bề mặt catheter. Phương pháp lớp phủ được điều chỉnh cho các catheter kích thước người (cả nội lòng và ngoại lòng) và cho thấy hoạt động ngăn ngừa sinh khối lâu dài trên 30 ngày trong các điều kiện khó khăn. Các catheter được phủ đã được thử nghiệm trong mô hình CAUTI trên chuột và cho thấy hiệu quả cao trong việc ngăn ngừa sự phát triển của cả vi khuẩn Gram dương và Gram âm. Hơn nữa, các catheter Foley với kích thước người đã được đánh giá trong mô hình CAUTI trên heo và cho thấy hiệu quả ổn định trong việc giảm sự hình thành sinh khối của Escherichia coli (E. coli) lên tới hơn 95%. Tính đơn giản của phương pháp phủ, khả năng áp dụng lớp phủ này lên nhiều loại vật liệu khác nhau, và hiệu quả cao trong việc ngăn ngừa sự bám dính của vi khuẩn làm tăng khả năng ứng dụng của phương pháp này trong phát triển các thiết bị y tế kháng nhiễm thế hệ tiếp theo.

Các tiến bộ gần đây trong công nghệ in 3D đã cho phép tạo ra các mô hình ba chiều và thiết bị mới với mức độ phức tạp, thuộc tính và chức năng chưa từng có. Khác với các kỹ thuật sản xuất được phát triển cho sản xuất hàng loạt, công nghệ in 3D bao gồm một lớp rộng các công nghệ chế tạo có thể cho phép 1) tạo ra các kiến trúc vật lý 3D được tùy chỉnh và tối ưu hóa cao từ các thiết kế kỹ thuật số; 2) tích hợp đồng bộ các thuộc tính và chức năng của các loại vật liệu khác nhau để tạo ra các thiết bị lai mới; và 3) một phương pháp chế tạo tương thích sinh học giúp tạo ra và đồng tích hợp các cấu trúc và hệ thống sinh học. Báo cáo tiến bộ này mô tả cách mà những khả năng này có thể giải quyết nhiều nhu cầu lâm sàng chưa được đáp ứng. Thứ nhất, việc tạo ra các bộ phận giả in 3D để khôi phục các chức năng đã mất bằng cách cung cấp hỗ trợ cấu trúc cho các cơ quan xương và ống được nhấn mạnh. Thứ hai, các chiến lược phân phối thuốc mới được hỗ trợ bởi các thiết bị in 3D được mô tả. Thứ ba, sự tiến bộ của nghiên cứu y học được đánh dấu bởi hệ thống mô/tổ chức trên vi chip in 3D được thảo luận. Thứ tư, những phát triển trong sự tái tạo mô và cơ quan in 3D được khám phá. Cuối cùng, khả năng tích hợp liền mạch các cơ quan thiết kế với các thiết bị hoạt động bằng cách tận dụng tính linh hoạt của công nghệ in 3D đa vật liệu được dự đoán.