Forskare vid MIT, Draper, och Brigham and Women's Hospital har designat en intagbar kapsel som kan styras med hjälp av trådlös Bluetooth-teknik. Kapseln, som kan anpassas för att leverera droger, känna miljöförhållanden, eller båda, kan ligga i magen i minst en månad, överföra information och svara på instruktioner från en användares smartphone.

Kapslarna, tillverkad med 3D-utskriftsteknik, kan användas för att leverera läkemedel för att behandla en mängd olika sjukdomar, särskilt i de fall där läkemedel måste tas under en längre tid. De kan också utformas för att känna av infektioner, allergiska reaktioner, eller andra evenemang, och släpp sedan ett läkemedel som svar.

"Vårt system skulle kunna tillhandahålla övervakning och behandling med sluten slinga, varigenom en signal kan hjälpa till att styra leveransen av ett läkemedel eller justera dosen av ett läkemedel, "säger Giovanni Traverso, en gästforskare vid MIT:s institution för maskinteknik, där han kommer att börja på fakulteten 2019.

Dessa enheter kan också användas för att kommunicera med andra bärbara och implanterbara medicintekniska produkter, som kan samla information som ska kommuniceras till patientens eller läkarens smartphone.

"Vi är entusiastiska över denna demonstration av 3-D-utskrift och över hur intagbara teknologier kan hjälpa människor genom nya enheter som underlättar mobila hälsotillämpningar, "säger Robert Langer, David H. Koch Institute Professor och medlem av MIT:s Koch Institute for Integrative Cancer Research.

Langer och Traverso är seniorförfattarna till studien, som förekommer i numret 13 december av Avancerad materialteknik . Yong Lin Kong, en tidigare MIT postdoc som nu är assisterande professor vid University of Utah, är tidningens huvudförfattare.

Trådlös kommunikation

Under de senaste åren har Langer, Traverso, och deras kollegor har arbetat med en mängd olika mätbara sensorer och läkemedelstillförselkapslar, vilket de tror skulle vara användbart för långsiktig leverans av läkemedel som för närvarande måste injiceras. De kan också hjälpa patienter att bibehålla de strikta doseringsregimer som krävs för patienter med hiv eller malaria.

I deras senaste studie, forskarna bestämde sig för att kombinera många av de funktioner de tidigare utvecklat. 2016, forskarna designade en stjärnformad kapsel med sex armar som fälls upp innan den kapslas in i en slät kapsel. Efter att ha svalts, kapseln löses upp och armarna expanderar, så att enheten kan fastna i magen. Liknande, den nya enheten utvecklas till en Y-form efter att ha sväljts. Detta gör att enheten kan ligga kvar i magen i ungefär en månad, innan den bryts i mindre bitar och passerar genom matsmältningskanalen.

En av dessa armar innehåller fyra små fack som kan laddas med en mängd olika läkemedel. Dessa läkemedel kan förpackas i polymerer som gör att de kan frigöras gradvis under flera dagar. Forskarna räknar också med att de kan utforma facken för att kunna öppnas på distans via trådlös Bluetooth -kommunikation.

Enheten kan också bära sensorer som övervakar magmiljön och vidarebefordrar information via en trådlös signal. I tidigare arbeten, forskarna designade sensorer som kan upptäcka vitala tecken som hjärtfrekvens och andningsfrekvens. I det här pappret, de visade att kapseln kunde användas för att övervaka temperatur och vidarebefordra den informationen direkt till en smartphone inom armlängds avstånd.

"Det begränsade anslutningsområdet är en önskvärd säkerhetsförbättring, "Kong säger." Självisolering av trådlös signalstyrka inom användarens fysiska utrymme kan skydda enheten från oönskade anslutningar, tillhandahålla en fysisk isolering för ytterligare säkerhet och integritetsskydd. "

För att möjliggöra tillverkning av alla dessa komplexa element, forskarna bestämde sig för att 3-D-printa kapslarna. Detta tillvägagångssätt gjorde det möjligt för dem att enkelt införliva alla de olika komponenterna som bärs av kapslarna, och för att bygga kapseln av alternerande lager av styva och flexibla polymerer, vilket hjälper den att motstå den sura miljön i magen.

"Multimaterials 3D-utskrift är en mycket mångsidig tillverkningsteknik som kan skapa unika multikomponentarkitekturer och funktionella enheter, som inte kan tillverkas med konventionell tillverkningsteknik, "Kong säger." Vi kan eventuellt skapa skräddarsydd intagbar elektronik där gastrisk uppehållstid kan skräddarsys utifrån en specifik medicinsk tillämpning, vilket kan leda till en personlig diagnostik och behandling som är allmänt tillgänglig."

Tidig respons

Forskarna föreställer sig att den här typen av sensorer kan användas för att diagnostisera tidiga tecken på sjukdom och sedan svara med lämplig medicin. Till exempel, den kan användas för att övervaka vissa personer med hög risk för infektion, till exempel patienter som får kemoterapi eller immunsuppressiva läkemedel. Om infektion upptäcks, kapseln kan börja frigöra antibiotika. Eller, enheten kan vara utformad för att frigöra antihistaminer när den upptäcker en allergisk reaktion.

"Vi är verkligen glada över möjligheten för gastrisk elektronik att fungera som plattformar för mobil hälsa för att hjälpa patienter på distans, säger Traverso.

Den nuvarande versionen av enheten drivs av ett litet silveroxidbatteri. Dock, forskarna undersöker möjligheten att byta batteri mot alternativa strömkällor, såsom en extern antenn eller magsyra.

Forskarna arbetar också med att utveckla andra typer av sensorer som skulle kunna införlivas i kapslarna. I det här pappret, de testade temperatursensorn på grisar, och de uppskattar att inom cirka två år, de kanske kan börja testa intagbara sensorer hos mänskliga patienter. De har lanserat ett företag som arbetar med att utveckla tekniken för mänskligt bruk.