A bevehető, kibővülő tabletta akár egy hónapig is figyeli a gyomrot

A puha, pofás eszköz hosszú távon potenciálisan nyomon követheti a fekélyeket, rákos megbetegedéseket és más GI-állapotokat

Az MIT mérnökei egy olyan bevehető, Jell-O-szerű tablettát készítettek, amely a gyomorba érve gyorsan megduzzad egy puha, giccses pingponglabda méretéig, amely akkora, hogy hosszabb ideig a gyomorban maradjon.

elfogyasztható

A felfújható tabletta olyan érzékelőbe van ágyazva, amely akár 30 napig folyamatosan követi a gyomor hőmérsékletét. Ha a tablettát el kell távolítani a gyomorból, a beteg ihat egy kalcium-oldatot, amely beindítja a tablettát, hogy gyorsan eredeti méretére zsugorodjon és biztonságosan kijusson a testből.

Az új tabletta kétféle hidrogélből készül - polimerek és víz keverékeiből, amelyek hasonlítanak a Jell-O konzisztenciájára. A kombináció lehetővé teszi a tabletta gyors megduzzadását a gyomorban, miközben áthatolhatatlan marad a gyomor kavargó savas környezetében.

A hidrogél alapú kialakítás lágyabb, biokompatibilisebb és hosszabb ideig tart, mint a jelenlegi lenyelhető szenzorok, amelyek vagy csak néhány napig maradhatnak a gyomorban, vagy kemény műanyagokból vagy fémekből készülnek, amelyek nagyságrendekkel merevebbek, mint a gyomor-bélrendszer traktus.

"Az álom az, hogy legyen egy Jell-O-szerű intelligens tabletta, amely egyszer lenyelve a gyomorban marad, és hosszú ideig, például egy hónapig figyelemmel kíséri a beteg egészségi állapotát" - mondja Xuanhe Zhao, az MIT gépészmérnök docense.

Zhao és vezető munkatársa, Giovanni Traverso, vendégkutató, aki 2019-ben csatlakozik az MIT karához, Xinyue Liu, Christoph Steiger és Shaoting Lin vezető szerzőkkel együtt közzétette eredményeit a Nature Communications-ben.

Tabletták, ping-pongok és leveleshalak

Az új felfújható tabletta kialakítását a pufferfish vagy a blowfish védelmi mechanizmusai ihlették. Általában lassan mozgó faj, a pufferfish veszély esetén gyorsan felfúj, mint egy tüskés lufi. Ezt úgy teszi, hogy gyorsan nagy mennyiségű vizet szív be.

A puffer kemény, gyorsan felfújódó teste pontosan azt akarta, hogy Zhao hidrogél formában megismételje. A csapat azt kereste, hogyan lehetne egy hidrogél alapú tablettát tervezni, hogy az érzékelőket a gyomorba vigye, és ott maradjon, hogy viszonylag hosszú ideig figyelje például az életfontosságú jeleket vagy a betegség állapotát.

Rájöttek, hogy ha egy tabletta elég kicsi ahhoz, hogy lenyelje és átengedje a nyelőcsövet, akkor az is elég kicsi ahhoz, hogy a gyomorból, a pylorus néven ismert nyíláson keresztül távozzon. Annak érdekében, hogy ne lépjen ki a gyomorból, a csoportnak meg kellene terveznie a tablettát, hogy gyorsan duzzadjon egy ping-pong labda méretére.

"Jelenleg, amikor az emberek megpróbálják megtervezni ezeket az erősen duzzadó géleket, általában diffúziót alkalmaznak, így a víz fokozatosan diffundál a hidrogél hálózatba" - mondja Liu. "De a ping-pong labda nagyságáig duzzadni órákig, vagy akár napokig tart. Ez hosszabb, mint a gyomor kiürülési ideje."

A kutatók ehelyett olyan hidrogél tabletta kialakításának módját keresték, amely sokkal gyorsabban képes felfújódni, a megdöbbent leveleshaléhoz hasonló ütemben.

Fogyasztható nyomkövető

A kialakítás, amelyre végül leszálltak, egy kicsi, Jell-O-szerű kapszulához hasonlít, amely két hidrogél anyagból készült. A belső anyag nátrium-poliakrilátot tartalmaz - szuperabszorbens részecskéket, amelyeket kereskedelmi termékekben, például pelenkákban használnak, mivel képesek gyorsan felszívni a folyadékot és felfújni.

A kutatók azonban rájöttek, hogy ha a tablettát csak ezekből a részecskékből készítenék, az azonnal szétesik és különálló gyöngyként távozik a gyomorból. Tehát egy második, védő hidrogél réteget terveztek a gyorsan duzzadó részecskék befogadására. Ez a külső membrán nanoszkópos, kristályos láncok sokaságából áll, amelyek mindegyike egymásra van hajtva, szinte áthatolhatatlan, rácsos mintázatban.

"Sok kristályos doménen keresztül kellene áttörnie ezt a membránt" - mondja Lin. "Ez teszi ezt a hidrogélt rendkívül robusztusvá, ugyanakkor puhává."

A laboratóriumban a kutatók a tablettát különböző gyomornedvre emlékeztető víz- és folyadékoldatokba merítették, és azt találták, hogy a tabletta körülbelül 15 perc alatt az eredeti méretének százszorosára fújódott - sokkal gyorsabban, mint a meglévő duzzadó hidrogélek. Miután felfújt, Zhao szerint a tabletta a tofu vagy a Jell-O puhaságáról szól, mégis meglepően erős.

A tabletta szívósságának tesztelésére a kutatók több ezerszer mechanikusan összenyomták, még nagyobb erővel, mint amit a tabletta a gyomor rendszeres összehúzódásakor tapasztalna.

"A gyomor több ezer terhelési cikluson keresztül alkalmazza az ételt" - magyarázza Lin. "És azt tapasztaltuk, hogy még akkor is, ha kis vágást hajtunk végre a membránban, majd többször kinyújtjuk és összenyomjuk, a vágás nem nő nagyobbra. A kialakításunk nagyon robusztus."

A kutatók továbbá megállapították, hogy a kalciumionok oldata - a tejben lévőnél nagyobb koncentrációban - összezsugoríthatja a duzzadt részecskéket. Ez a tabletta leeresztését és a gyomorból való kijutását váltja ki.

Végül Steiger és Traverso kicsi, kereskedelmi hőmérséklet-érzékelőket ágyazott be több pirulába, és etette a tablettákat sertésekkel, amelyek gyomra és gyomor-bél traktusa nagyon hasonlít az emberhez. A csapat később kikérte a hőmérséklet-érzékelőket a sertések székletéből, és az idő múlásával ábrázolta az érzékelők hőmérséklet-mérését. Megállapították, hogy az érzékelő akár 30 napig is képes volt pontosan nyomon követni az állatok napi aktivitási szokásait.

Az úton a kutatók azt képzelik el, hogy a tabletta számos különféle érzékelőt biztonságosan juttathat a gyomorba, hogy ellenőrizzék például a pH-szintet vagy bizonyos baktériumok vagy vírusok jeleit. Apró kamerákat is be lehet ágyazni a tablettákba, hogy a daganatok vagy fekélyek előrehaladását több héten keresztül ábrázolják. Zhao szerint a tablettát biztonságosabb, kényelmesebb alternatívaként is alkalmazhatják a gyomorgömb-diétával szemben, a diéta szabályozásának egy olyan formájaként, amelyben a ballont egy endoszkóp segítségével átfűzik a páciens nyelőcsövén és a gyomorban.

"A kialakításunkkal nem kell fájdalmas folyamaton átesnie egy merev léggömb beültetéséhez" - mondja Zhao. "Talán bevehet néhány ilyen tablettát, hogy elősegítse a gyomor kitöltését és fogyjon. Számos lehetőséget látunk ennek a hidrogél eszköznek."

Ezt a kutatást részben a Nemzeti Tudományos Alapítvány, az Országos Egészségügyi Intézetek, valamint a Bill és Melinda Gates Alapítvány támogatta.