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.
