Uma variedade de dispositivos médicos podem ser inseridos no trato gastrointestinal para tratar, diagnosticar, ou monitorar distúrbios gastrointestinais. Muitos deles devem ser removidos por cirurgia endoscópica, uma vez que seu trabalho esteja concluído. Contudo, Os engenheiros do MIT descobriram uma maneira de fazer com que tais dispositivos se decomponham dentro do corpo quando são expostos à luz de um LED ingerível.

A nova abordagem é baseada em um hidrogel sensível à luz projetado pelos pesquisadores. Incorporar este material em dispositivos médicos pode evitar muitos procedimentos endoscópicos e daria aos médicos uma maneira mais rápida e fácil de remover os dispositivos quando eles não são mais necessários ou não estão funcionando corretamente, dizem os pesquisadores.

"Estamos desenvolvendo um conjunto de sistemas que podem residir no trato gastrointestinal, e como parte disso, estamos procurando desenvolver maneiras diferentes de desencadear a desmontagem de dispositivos no trato gastrointestinal sem a necessidade de um procedimento principal, "diz Giovanni Traverso, um professor assistente de engenharia mecânica, gastroenterologista do Hospital Brigham and Women's, e o autor sênior do estudo.

Em um estudo em porcos, os pesquisadores mostraram que dispositivos feitos com este hidrogel sensível à luz podem ser acionados para quebrar após serem expostos à luz azul ou ultravioleta de um pequeno LED.

Ritu Raman, um pós-doutorado no Koch Institute for Integrative Cancer Research do MIT, é o autor principal do artigo, que aparece hoje em Avanços da Ciência . Outros autores do artigo são ex-associados técnicos Tiffany Hua, Jianlin Zhou, Tina Esfandiary, e Vance Soares; associados técnicos Declan Gwynne, Joy Collins, e Siddartha Tamang; o estudante de graduação Simo Pajovic; A veterinária da Divisão de Medicina Comparada Alison Hayward; e o professor do Instituto David H. Koch, Robert Langer.

Repartição controlada

Nos últimos anos, Traverso e Langer desenvolveram muitos dispositivos ingeríveis projetados para permanecer no trato gastrointestinal por longos períodos de tempo. Eles também trabalharam em uma variedade de estratégias para controlar a quebra de tais dispositivos, incluindo métodos baseados em mudanças de pH ou temperatura, ou exposição a certos produtos químicos.

"Dado o nosso interesse em desenvolver sistemas que possam permanecer por períodos prolongados no trato gastrointestinal, continuamos a investigar uma série de abordagens para facilitar a remoção desses sistemas no cenário de reação adversa ou quando eles não são mais necessários, "Traverso diz." Estamos realmente olhando para diferentes gatilhos e como eles funcionam, e se podemos aplicá-los a diferentes configurações. "

Neste estudo, os pesquisadores exploraram um gatilho baseado em luz, que eles acreditavam que poderia oferecer algumas vantagens sobre suas abordagens anteriores. Uma vantagem potencial é que a luz pode atuar à distância e não precisa entrar em contato direto com o material que está sendo quebrado. Também, a luz normalmente não penetra no trato gastrointestinal, portanto, não há chance de acionamento acidental.

Para criar o novo material, Raman projetou um hidrogel sensível à luz baseado em um material desenvolvido no laboratório de Kristi Anseth, um ex-pós-doutorado no laboratório de Langer que agora é professor de engenharia química e biológica na Universidade do Colorado em Boulder. Este gel de polímero inclui uma ligação química que é quebrada quando exposta a um comprimento de onda de luz entre 405 e 365 nanômetros (do azul ao ultravioleta).

Raman decidiu que, em vez de fazer um material composto exclusivamente desse polímero sensível à luz, ela o usaria para unir componentes mais fortes, como a poliacrilamida. Isso torna o material geral mais durável, mas ainda permite que ele se desfaça ou enfraqueça quando exposto ao comprimento de onda de luz correto. Ela também construiu o material como uma "rede dupla, "em que uma rede de polímero envolve a outra.

"Você está formando uma rede de polímero e, em seguida, formando outra rede de polímero em torno dela, então está realmente emaranhado. Isso o torna muito difícil e elástico, "Diz Raman.

As propriedades do material podem ser ajustadas variando a composição do gel. Quando o ligante sensível à luz constitui uma porcentagem maior do material, ele se decompõe mais rapidamente em resposta à luz, mas também é mecanicamente mais fraco. Os pesquisadores também podem controlar quanto tempo leva para quebrar o material usando diferentes comprimentos de onda de luz. A luz azul funciona mais lentamente, mas apresenta menos risco para as células que são sensíveis aos danos da luz ultravioleta.

Esvaziado pela luz

O gel e seus produtos de degradação são biocompatíveis, e o gel pode ser facilmente moldado em uma variedade de formas. Neste estudo, os pesquisadores usaram para demonstrar duas aplicações possíveis:um selo para um balão bariátrico e um stent esofágico. Balões bariátricos padrão, que às vezes são usados ​​para ajudar a tratar a obesidade, são inflados no estômago do paciente e preenchidos com solução salina. Após cerca de seis meses, o balão é removido por cirurgia endoscópica.

Em contraste, o balão bariátrico que a equipe do MIT projetou pode ser esvaziado expondo o selo a uma pequena luz LED, que em princípio seria engolido e depois sairia do corpo. Seu balão é feito de látex e preenchido com poliacrilato de sódio, que absorve água. Neste estudo, os pesquisadores testaram os balões em porcos e descobriram que os balões incharam assim que foram colocados no estômago. Quando um pequeno, LED ingerível que emite luz azul foi colocado no estômago por cerca de seis horas, os balões esvaziaram lentamente. Com uma luz de maior potência, o material quebrou em 30 minutos.

Os pesquisadores também moldaram o gel fotossensível em um stent esofágico. Esses stents às vezes são usados ​​para ajudar a tratar o câncer de esôfago ou outros distúrbios que causam um estreitamento do esôfago. Uma versão acionada por luz pode ser decomposta e passada pelo trato digestivo quando não for mais necessária.

Além desses dois aplicativos, esta abordagem pode ser usada para criar outros tipos de dispositivos degradáveis, tais como veículos para entrega de drogas ao trato gastrointestinal, de acordo com os pesquisadores.

“Este estudo é uma prova de conceito de que podemos criar este tipo de material, e agora estamos pensando sobre quais são os melhores aplicativos para ele, "Traverso diz.