Ingestible, Erweiterung Pille überwacht den Magen für bis zu einem Monat: Weich, squishy-Gerät könnte möglicherweise verfolgen, Geschwüre, Krebs und andere GI Bedingungen langfristig
MIT-Ingenieure haben entwickelt ein ingestible, Jell-O-wie die Pille, bei erreichen des Magens, der schnell quillt auf die Größe des ein weiches, matschig ping-pong-ball-groß genug, um zu bleiben in den Magen für einen längeren Zeitraum.
Die aufblasbare Pille eingebettet ist, mit einem sensor, der kontinuierlich verfolgt den Magen die Temperatur für bis zu 30 Tage. Wenn die Pille muss entfernt werden, aus dem Magen, kann der patient trinkt eine Lösung von calcium, löst die Pille zu schnell schrumpfen zu Ihrer ursprünglichen Größe und passieren sicher aus dem Körper heraus.
Die neue Pille ist aus zwei Typen von Hydrogelen — Mischungen von Polymeren und Wasser, die ähnlich der Konsistenz von Jell-O. Die Kombination ermöglicht es, die Pille zu schnell Schwell in den Magen, während die übrigen unempfindlich gegen Magen ist Buttern sauren Umgebung.
Die hydrogel-based design ist weicher, biokompatibler und langlebiger als die aktuelle ingestible sensoren, die entweder nur im Magen verbleiben für ein paar Tage, oder sind aus harten Kunststoffen oder Metall, die um Größenordnungen steifer als die Magen-Darm-Trakt.
„Der Traum ist eine Jell-O-smart-Pille, die, einmal geschluckt, bleibt im Magen und überwacht die Gesundheit des Patienten für eine lange Zeit wie ein Monat“, sagt Xuanhe Zhao, associate professor für Maschinenbau am MIT.
Zhao und leitende Mitarbeiter Giovanni Traverso, ein Gastwissenschaftler, die an der MIT-Fakultät im Jahr 2019, zusammen mit lead-Autoren Liu Xinyue, Christoph Steiger, und Shaoting Lin, veröffentlichte Ihre Ergebnisse in „Nature Communications“.
Pillen, ping-pongs, die und kugelfisch
Der Entwurf für das neue aufblasbare Pille ist inspiriert durch die Abwehrmechanismen der kugelfisch, oder blowfish. Normalerweise eine langsame Arten, der kugelfisch, wird sich schnell aufblasen, wenn es bedroht ist, wie eine stachelige Ballon. Es tut dies durch saugen in eine große Menge Wasser schnell.
Der kugelfisch ist hart, schnell aufblasende Körper war genau das, was Zhao war auf der Suche zu replizieren, die in der hydrogel-form. Das team war auf der Suche nach Möglichkeiten der Gestaltung einer hydrogel-basierten Pille zu tragen sensoren in den Magen und dort zu bleiben, um zu überwachen, beispielsweise Vitalparameter oder Krankheitszuständen, für eine relativ lange Zeit.
Sie erkannte, dass wenn Sie eine Pille, waren klein genug, um verschluckt werden und überliefert die Speiseröhre, es wäre auch klein genug, um pass aus dem Magen, durch eine öffnung, bekannt als der pylorus. Halten Sie es verlassen, den Magen, die Gruppe würde gestalten müssen, die Pille zu schnell Anschwellen auf die Größe eines ping-pong-ball.
„Gegenwärtig, wenn Menschen versuchen, diese zu entwerfen, sehr swellable Gele, die Sie normalerweise verwenden, diffusion, dass Wasser allmählich diffus in das hydrogel-Netzwerk“, sagt Liu. „Aber schwoll auf die Größe eines ping-pong-ball dauert Stunden oder sogar Tage. Es ist länger als die Entleerung Zeit der Magen.“
Die Forscher stattdessen suchte nach Möglichkeiten der Gestaltung einer hydrogel-Pille, könnte das aufblasen wesentlich schneller, mit einer rate vergleichbar mit der aufgeschreckte kugelfisch.
Ein ingestible tracker
Das design, die Sie letztendlich gelandet ist, gleicht einem kleinen, Jell-O-wie-Kapsel, hergestellt aus zwei-hydrogel-Materialien. Das innere material enthält Natrium-Polyacrylat — Superabsorber-Teilchen, die verwendet werden, in kommerzielle Produkte wie Windeln für Ihre Fähigkeit, rasch aufsaugen, die Flüssigkeit und Blasen.
Die Forscher erkannten jedoch, dass wenn die Pille gemacht wurden, nur aus diesen Teilchen, es würde sofort auseinander brechen, und pass aus dem Magen als einzelne Perlen. So entwarfen Sie eine zweite, schützende hydrogel-Schicht zu Kapseln, die schnell zu Schwellungen Partikel. Diese äußere Membran besteht aus einer Vielzahl von nanoskopische, Kristalline Ketten, die jeweils gefaltet über dem anderen, in einem fast undurchdringlichen, gridlock Muster.
„Sie hätte zu knacken durch viele Kristalline Domänen, diese zu brechen Membran,“ Lin sagt. „Das ist, was macht dieses hydrogel,, extrem robust und gleichzeitig weich.“
Im Labor, die Forscher tunkte die Pille in verschiedenen Lösungen von Wasser und Flüssigkeit ähnelt Magensaft, und fand die Pille aufgeblasen, um das 100-fache seiner ursprünglichen Größe in etwa 15 Minuten-sehr viel schneller als bestehende swellable Hydrogel. Einmal aufgeblasen, Zhao sagt, die Pille ist über die Weichheit tofu oder Jell-O, noch überraschend stark.
Testen Sie die Pille Zähigkeit, die Forscher mechanisch drückte es Tausende Male, zwingt noch mehr als das, was die Pille würde die Erfahrung von regelmäßigen Kontraktionen im Magen.
„Der Magen gilt, Tausende oder gar Millionen von Zyklen von laden zu Schleifen Essen runter,“ Lin erklärt. „Und wir fanden, dass, selbst wenn wir machen einen kleinen Schnitt in der Membran, und dann dehnen und quetschen es tausend mal, der Schnitt nicht größer werden. Unser design ist sehr robust.“
Die Forscher weiter fest, dass eine Lösung von calcium-Ionen, bei einer Konzentration, die höher als das, was ist in der Milch, kann schrumpfen die geschwollene Partikel. Dies löst die Pille zu entlüften und pass aus dem Magen.
Schließlich, Steiger und Traverso eingebettet, klein, kommerzielle Temperatur-sensoren in mehrere Pillen, und fütterte die Pillen, um Schweine, die Mägen und Magen-Darm-Trakt sehr ähnlich wie beim Menschen. Das team später wieder die Temperatur-sensoren von den Schweinen Hocker und aufgetragen, die sensoren-Temperatur-Messungen über die Zeit. Sie fanden heraus, dass der sensor in der Lage war, genau zu verfolgen, die Tiere täglichen aktivitätsmustern von bis zu 30 Tagen.
Die Straße hinunter, die Forscher vorstellen, die Pille kann sicher liefern eine Reihe von verschiedenen sensoren, um den Magen zu überwachen, z.B. pH-Wert, oder Anzeichen von bestimmten Bakterien oder Viren. Winzige Kameras können auch eingebettet werden in die Pillen zu Bild die Fortschritte von Tumoren oder Geschwüre, die im Laufe von mehreren Wochen. Zhao sagt, die Pille kann auch verwendet werden als eine sicherere, bequemere alternative zu den gastrischen Ballon-Diät, eine form der Ernährung-Steuerelement, in dem ein Ballon ist mit einem Gewinde durch einen Patienten die Speiseröhre und in den Magen, mit einem Endoskop.
„Mit unserem Entwurf, Sie würde nicht gehen durch einen schmerzhaften Prozess für die Implantation eines starren Ballon,“ sagt Zhao. „Vielleicht kann man ein paar von diesen Pillen, die statt zu helfen, füllen Sie Ihren Magen und Gewicht verlieren. Wir sehen viele Möglichkeiten für das hydrogel-Gerät.“
Diese Forschung wurde unterstützt, zum Teil durch die National Science Foundation, die National Institutes of Health und der Bill-und-Melinda-Gates-Stiftung.
Video: https://www.youtube.com/watch?v=UXr7dKagiAk