Pęczniejąca hydrożelowa pigułka, która nawet przez 30 dni monitoruje procesy zachodzące w żołądku

Inżynierowie z MIT-u stworzyli przypominającą galaretkę pigułkę, która po dotarciu do żołądka pęcznieje i osiąga wielkość piłeczki do ping-ponga. Elastyczna pigułka jest wyposażona w czujnik, który nieprzerwanie monitoruje temperaturę żołądka nawet przez 30 dni. W przyszłości sensory będą mogły mierzyć inne parametry, np. pH.

Gdy pigułka ma być usunięta, pacjent musi wypić roztwór wapnia, pod wpływem którego skurczy się ona do pierwotnych rozmiarów. Potem zostaje bezpiecznie wydalona.

Jak ujawniają autorzy artykułu z pisma Nature Communications, pigułka jest wykonana z 2 typów hydrożelu. Dzięki temu może ona szybko pęcznieć i jednocześnie być odporna na kwaśne środowisko żołądka.

Ponieważ w pigułkach wykorzystano hydrożel, jest ona delikatniejsza, bardziej biokompatybilna i bardziej wytrzymała niż stosowane dotąd "połykalne" sensory, które albo mogły pozostawać w żołądku zaledwie parę dni, albo były o wiele sztywniejsze od tkanki układu pokarmowego.

Spełnieniem marzeń jest galaretowata inteligentna pigułka, która po połknięciu pozostaje w żołądku i monitoruje stan zdrowia pacjenta przez długi czas, np. miesiąc - podkreśla prof. Xuanhe Zhao.

Pęczniejące pigułki z MIT-u są inspirowane rozdymkami (przestraszone bądź zaatakowane ryby z tej rodziny zwiększają rozmiary ciała przez napompowanie wodą lub powietrzem).

Obecnie, gdy ludzie próbują projektować pęczniejące żele, zazwyczaj wykorzystują dyfuzję, pozwalając, by woda stopniowo przenikała do hydrożelowej sieci. Osiągnięcie rozmiarów piłeczki pingpongowej zajmuje jednak godziny, a nawet dni. To znacznie przekracza czas opróżniania żołądka - opowiada Shaoting Lin.

Zespół z MIT-u chciał więc stworzyć pigułkę hydrożelową, która "nadmucha się" o wiele prędzej, w tempie porównywalnym do zaskoczonej rozdymki.

Owocem intensywnych prac jest galaretowata pigułka złożona z 2 hydrożelowych materiałów. W środku znajduje się rdzeń z poliakrylanu sodu, który potrafi wiązać znaczne ilości wody, do kilkuset razy więcej niż wynosi jego masa (jest on wykorzystywany w pieluszkach jednorazowych).

Ponieważ Amerykanie zauważyli, że gdy pigułka jest zbudowana tylko z tego polimeru, w żołądku ulega szybkiemu rozkładowi, postanowili dodać 2. ochronną warstwę hydrożelową, która miała enkapsulować błyskawicznie pęczniejące cząstki. Jest ona zbudowana z krystalicznych nanołańcuchów, tworzących niemal nieprzenikalną warstwę.

By przerwać tę błonę, trzeba by się przebić przez wiele krystalicznych domen. Dzięki temu hydrożel jest bardzo wytrzymały, a jednocześnie miękki - wyjaśnia Lin.

Podczas testów zespół zanurzał pigułkę w różnych roztworach przypominających soki trawienne. Okazało się, że w ok. 15 min powiększała się ona 100-krotnie. Po napęcznieniu miała konsystencję tofu czy galaretki.

By ocenić wytrzymałość pigułki, ściskano ją tysiące razy z siłą przekraczającą to, czego może doświadczyć podczas zwykłych skurczów żołądka.

Okazało się, że nawet jeśli zrobimy w membranie drobne nacięcie, a później będziemy całość rozciągać i ściskać tysiące razy, rozcięcie się nie powiększy. Nasz dizajn jest bardzo wytrzymały.

W dalszej kolejności ustalono, że roztwór z jonami wapnia (o stężeniu wyższym niż w przypadku mleka), może obkurczyć pigułkę.

Na końcu Giovanni Traverso i Christoph Steiger wbudowali w kilka pigułek dostępne w handlu czujniki temperatury. Pigułki podano świniom, których przewód pokarmowy przypomina ludzki. Po ich wydobyciu z kału stwierdzono, że do 30 dni dokładnie monitorowały one wzorce aktywności zwierząt.

Amerykanie sądzą, że w przyszłości taka hydrożelowa pigułka będzie dostarczać wiele różnych czujników, np. do monitorowania pH czy stwierdzania obecności bakterii i wirusów. Niewykluczone, że wbudowywane będą także minikamery do obrazowania guzów czy wrzodów. Zhao sugeruje, że pigułka mogłaby też stanowić wygodniejszą alternatywę dla balonu żołądkowego, stosowanego w leczeniu otyłości.

hydrożel pigułka żołądek Xuanhe Zhao Shaoting Lin Giovanni Traverso