"Надувная" таблетка позволит наблюдать за организмом пациента изнутри целый месяц

Растущие таблетки можно начинить различными датчиками или микрокамерами.

Фото Xinyue Liu.

Исследователи создали немало миниатюрных медицинских устройств, которые можно проглотить словно таблетку и которые обеспечивают непрерывное наблюдение за организмом "изнутри".

Однако в какой-то момент размер подобных устройств из преимущества превращается в недостаток. С одной стороны, капсулы, содержащие датчики, легко проходят сквозь пищевод и оказываются в желудке. Но, с другой стороны, они с такой же лёгкостью попадают из желудка в кишечник, а затем и вовсе покидают тело пациента.

Команда исследователей из Массачусетского технологического института предложила оригинальное решение этой проблемы. Они создали устройство размером с обычную таблетку, которое при попадании в желудок значительно увеличивается в размерах и обеспечивает медицинский мониторинг в течение нескольких недель.

Учёных вдохновили рыбы из семейства иглобрюхих. Обнаружив угрозу, эти существа начинают очень быстро всасывать воду, из-за чего их тело увеличивается более чем в два раза и принимает форму шара.

Именно такой способностью специалисты решили наделить и своё устройство.

Его внутренняя часть состоит из полиакрилата натрия, который обладает сверхадсорбирующими свойствами, то есть быстро впитывает жидкость и при этом раздувается. Это вещество сегодня используется в производстве множества бытовых товаров, например, подгузников.

Также потребовалось создать особую оболочку, иначе желудочные соки нарушили бы концентрацию частиц и "вытолкнули" палиакрилат натрия в тонкую кишку в виде отдельных гранул.

Для защиты команда покрыла таблетку слоем гидрогеля, состоящего из наноразмерных цепочек, выстроенных в форме сетки.

Затем учёные провели ряд испытаний новинки в лабораторных условиях.

Погружая таблетку в растворы, имитирующие кислую среду желудка человека, они убедились, что та увеличивается в размерах до ста раз в течение 15 минут.

При этом материал остаётся мягким и желеобразным, "биологически благоприятным". Это важное преимущество перед пластмассовыми и металлическими датчиками, предназначенными для приёма внутрь, подчёркивают авторы работы.

Гидрогелевая оболочка успешно прошла и "стресс-тесты" на прочность. Например, "надувную" таблетку сжимали, применяя давление в тысячи раз выше того, которое наблюдается при сокращении желудка и кишечника здорового человека.

Также исследователи делали небольшой надрез в оболочке, а затем растягивали и сжимали её, имитируя разные циклы переваривания пищи. Отверстие не становилось больше.

Как же столь прочная и достаточно объёмная таблетка покинет организм, когда выполнит свои задачи?

Для этого пациенту нужно будет принять раствор ионов калия. Таблетка постепенно уменьшится до изначального размера, и организм естественным образом выведет её вместе с остальными отходами жизнедеятельности.

Растущая пилюля уже прошла испытания на животных. Исследователи встроили крошечные датчики температур внутрь таблеток, а затем скормили их свиньям, желудочно-кишечный тракт которых очень похож на человеческий. Было показано, что приборы позволяют отслеживать нужные данные в течение 30 дней.

Важно отметить, что подобные устройства подойдут практически для любого медицинского мониторинга – отслеживания уровней pH в желудке, наблюдения за ростом опухолей и язв, поиска бактерий и вирусов или биомаркеров различных заболеваний. Необходимо лишь начинить таблетку нужными датчиками или микрокамерами.

Не исключается, что "надувная" пилюля пригодится и в лечении ожирения: она может стать альтернативой прибору под названием внутрижелудочный баллон. Последний вводится в желудок пациента, чтобы частично заполнить его, и в результате человек поглощает меньше пищи.

Состоятельность всех этих идей исследователям предстоит доказать в ходе будущих клинических испытаний.

Научная статья с более подробным описанием разработки опубликована в журнале Nature Communications.

Кстати, ранее авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали об "умной" пилюле, которая доложит врачу о том, когда её проглотили. А благодаря трёхмерной печати учёные сумели вложить в одну таблетку сразу несколько лекарств.