Os engenheiros do MIT desenvolveram um Pílula parecida com gelatina que, ao chegar ao estômago, incha rapidamente para o tamanho de um macio, bola de pingue-pongue fofa grande o suficiente para permanecer no estômago por um longo período de tempo.

A pílula inflável possui um sensor que monitora continuamente a temperatura do estômago por até 30 dias. Se a pílula precisar ser removida do estômago, um paciente pode beber uma solução de cálcio que faz com que a pílula diminua rapidamente ao tamanho original e saia com segurança do corpo.

A nova pílula é feita de dois tipos de hidrogéis - misturas de polímeros e água que lembram a consistência de Jell-O. A combinação permite que a pílula inche rapidamente no estômago, enquanto permanece imune ao ambiente ácido e agitado do estômago.

O design baseado em hidrogel é mais suave, mais biocompatível, e mais duradouro do que os sensores ingeríveis atuais, que só pode permanecer no estômago por alguns dias, ou são feitos de plásticos duros ou metais que são ordens de magnitude mais rígidos do que o trato gastrointestinal.

"O sonho é ter uma pílula inteligente tipo gelatina, que, uma vez engolido, fica no estômago e monitora a saúde do paciente por um longo tempo, como um mês, "diz Xuanhe Zhao, professor associado de engenharia mecânica no MIT.

Zhao e o colaborador sênior Giovanni Traverso, um cientista visitante que ingressará no corpo docente do MIT em 2019, junto com os principais autores Xinyue Liu, Christoph Steiger, e Shaoting Lin, publicaram seus resultados em Nature Communications .

Comprimidos, pingue-pongue, e baiacu

O design da nova pílula inflável é inspirado nos mecanismos de defesa do baiacu, ou baiacu. Normalmente uma espécie de movimento lento, o baiacu vai inflar rapidamente quando ameaçado, como um balão pontiagudo. Ele faz isso sugando uma grande quantidade de água, velozes.

O soprador é duro, O corpo de inflação rápida era exatamente o que Zhao procurava replicar na forma de hidrogel. A equipe estava procurando maneiras de projetar uma pílula à base de hidrogel para transportar sensores para o estômago e ficar lá para monitorar, por exemplo, sinais vitais ou estados de doença por um período de tempo relativamente longo.

Eles perceberam que se um comprimido fosse pequeno o suficiente para ser engolido e passado pelo esôfago, também seria pequeno o suficiente para passar para fora do estômago, através de uma abertura conhecida como piloro. Para evitar que saia do estômago, o grupo teria que projetar a pílula para crescer rapidamente até o tamanho de uma bola de pingue-pongue.

"Atualmente, quando as pessoas tentam projetar esses géis altamente expansíveis, eles geralmente usam difusão, deixando a água se difundir gradualmente na rede de hidrogel, "Liu diz." Mas para inchar até o tamanho de uma bola de pingue-pongue leva horas, ou mesmo dias. É mais longo do que o tempo de esvaziamento do estômago. "

Os pesquisadores, em vez disso, procuraram maneiras de projetar uma pílula de hidrogel que pudesse inflar muito mais rapidamente, a uma taxa comparável à de um baiacu assustado.

Um rastreador ingerível

O design em que eles finalmente pousaram se assemelha a um pequeno, Cápsula semelhante a gelatina, feito de dois materiais de hidrogel. O material interno contém poliacrilato de sódio - partículas superabsorventes que são usadas em produtos comerciais, como fraldas, por sua capacidade de absorver líquidos e inflar rapidamente.

Os pesquisadores perceberam, Contudo, que se a pílula fosse feita apenas com essas partículas, ele se quebraria imediatamente e sairia do estômago como contas individuais. Então, eles projetaram um segundo, camada protetora de hidrogel para encapsular as partículas de expansão rápida. Esta membrana externa é feita de uma infinidade de nanoscópicos, cadeias cristalinas, cada um dobrado sobre o outro, de uma forma quase impenetrável, padrão de travamento.

"Você teria que quebrar muitos domínios cristalinos para quebrar essa membrana, "Lin diz." Isso é o que torna este hidrogel extremamente robusto, e ao mesmo tempo, suave."

No laboratório, os pesquisadores mergulharam a pílula em várias soluções de água e fluidos semelhantes aos sucos gástricos, e descobri que a pílula estava 100 vezes maior que seu tamanho original em cerca de 15 minutos - muito mais rápido do que os hidrogéis expansíveis existentes. Uma vez inflado, Zhao diz que a pílula é sobre a suavidade do tofu ou gelatina, ainda surpreendentemente forte.

Para testar a resistência da pílula, os pesquisadores o apertaram mecanicamente milhares de vezes, com forças ainda maiores do que as que a pílula experimentaria com as contrações regulares no estômago.

"O estômago aplica milhares a milhões de ciclos de carga para triturar os alimentos, "Lin explica." E descobrimos que mesmo quando fazemos um pequeno corte na membrana, e então estique e aperte milhares de vezes, o corte não aumenta. Nosso design é muito robusto. "

Os pesquisadores determinaram ainda que uma solução de íons de cálcio, em uma concentração maior do que a do leite, pode encolher as partículas inchadas. Isso faz com que a pílula desinfle e saia do estômago.

Finalmente, Steiger e Traverso embutidos pequenos, sensores de temperatura comerciais em vários comprimidos, e alimentou os porcos com as pílulas, que têm estômagos e tratos gastrointestinais muito semelhantes aos humanos. A equipe mais tarde recuperou os sensores de temperatura das fezes dos porcos e traçou as medições de temperatura dos sensores ao longo do tempo. Eles descobriram que o sensor era capaz de rastrear com precisão os padrões de atividade diária dos animais por até 30 dias.

Na estrada, os pesquisadores imaginam que a pílula pode fornecer com segurança uma série de sensores diferentes ao estômago para monitorar, por exemplo, níveis de pH, ou sinais de certas bactérias ou vírus. Pequenas câmeras também podem ser incorporadas às pílulas para obter imagens do progresso de tumores ou úlceras, ao longo de várias semanas. Zhao diz que a pílula também pode ser usada como um medicamento mais seguro, alternativa mais confortável para a dieta do balão gástrico, uma forma de controle de dieta em que um balão é enfiado através do esôfago do paciente até o estômago, usando um endoscópio.

"Com o nosso design, você não precisaria passar por um processo doloroso para implantar um balão rígido, "Zhao diz." Talvez você possa tomar algumas dessas pílulas em vez disso, para ajudar a encher seu estômago, e perder peso. Vemos muitas possibilidades para este dispositivo de hidrogel. "