Ricercatori del MIT, Draper, e Brigham and Women's Hospital hanno progettato una capsula ingeribile che può essere controllata utilizzando la tecnologia wireless Bluetooth. La capsula, che può essere personalizzato per fornire farmaci, percepire le condizioni ambientali, o entrambi, può risiedere nello stomaco per almeno un mese, trasmettere informazioni e rispondere alle istruzioni dallo smartphone di un utente.

Le capsule, prodotto utilizzando la tecnologia di stampa 3D, potrebbe essere impiegato per fornire farmaci per il trattamento di una varietà di malattie, soprattutto nei casi in cui i farmaci devono essere assunti per un lungo periodo di tempo. Potrebbero anche essere progettati per rilevare le infezioni, reazioni allergiche, o altri eventi, e poi rilasciare un farmaco in risposta.

"Il nostro sistema potrebbe fornire monitoraggio e trattamento a ciclo chiuso, per cui un segnale può aiutare a guidare la somministrazione di un farmaco o a regolare la dose di un farmaco, "dice Giovanni Traverso, uno scienziato in visita presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica del MIT, dove entrerà a far parte della facoltà nel 2019.

Questi dispositivi potrebbero essere utilizzati anche per comunicare con altri dispositivi medici indossabili e impiantabili, che potrebbero raccogliere informazioni da comunicare allo smartphone del paziente o del medico.

"Siamo entusiasti di questa dimostrazione della stampa 3D e di come le tecnologie ingeribili possono aiutare le persone attraverso nuovi dispositivi che facilitano le applicazioni sanitarie mobili, "dice Robert Langer, il professore del David H. Koch Institute e membro del Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT.

Langer e Traverso sono gli autori senior dello studio, che appare nel numero del 13 dicembre di Tecnologie avanzate dei materiali . Yong Lin Kong, un ex postdoc del MIT che ora è assistente professore all'Università dello Utah, è l'autore principale del documento.

Comunicazone wireless

Negli ultimi anni, Langer, Traverso, e i loro colleghi hanno lavorato su una varietà di sensori ingeribili e capsule per la somministrazione di farmaci, che ritengono sarebbe utile per la somministrazione a lungo termine di farmaci che attualmente devono essere iniettati. Potrebbero anche aiutare i pazienti a mantenere i rigidi regimi di dosaggio richiesti per i pazienti con HIV o malaria.

Nel loro ultimo studio, i ricercatori hanno deciso di combinare molte delle funzionalità che avevano sviluppato in precedenza. Nel 2016, i ricercatori hanno progettato una capsula a forma di stella con sei braccia che si piegano prima di essere racchiuse in una capsula liscia. Dopo essere stato ingoiato, la capsula si dissolve e le braccia si espandono, permettendo al dispositivo di alloggiare nello stomaco. Allo stesso modo, il nuovo dispositivo si apre a forma di Y dopo essere stato ingerito. Ciò consente al dispositivo di rimanere nello stomaco per circa un mese, prima che si rompa in pezzi più piccoli e passi attraverso il tubo digerente.

Uno di questi bracci include quattro piccoli scomparti che possono essere caricati con una varietà di farmaci. Questi farmaci possono essere confezionati all'interno di polimeri che ne consentono il rilascio graduale nell'arco di diversi giorni. I ricercatori prevedono anche di poter progettare gli scomparti da aprire in remoto tramite la comunicazione wireless Bluetooth.

Il dispositivo può anche trasportare sensori che monitorano l'ambiente gastrico e trasmettono informazioni tramite un segnale wireless. Nei lavori precedenti, i ricercatori hanno progettato sensori in grado di rilevare segni vitali come la frequenza cardiaca e la frequenza respiratoria. In questo documento, hanno dimostrato che la capsula potrebbe essere utilizzata per monitorare la temperatura e trasmettere tali informazioni direttamente a uno smartphone a distanza di braccio.

"Il raggio di connessione limitato è un auspicabile miglioramento della sicurezza, "Kong afferma. "L'autoisolamento della potenza del segnale wireless all'interno dello spazio fisico dell'utente potrebbe proteggere il dispositivo da connessioni indesiderate, fornendo un isolamento fisico per ulteriore sicurezza e protezione della privacy."

Per consentire la produzione di tutti questi elementi complessi, i ricercatori hanno deciso di stampare in 3D le capsule. Questo approccio ha permesso loro di incorporare facilmente tutti i vari componenti trasportati dalle capsule, e per costruire la capsula da strati alternati di polimeri rigidi e flessibili, che lo aiuta a resistere all'ambiente acido dello stomaco.

"La stampa 3D multimateriale è una tecnologia di produzione altamente versatile in grado di creare architetture multicomponenti uniche e dispositivi funzionali, che non possono essere fabbricati con tecniche di produzione convenzionali, "Kong dice. "Possiamo potenzialmente creare elettronica ingeribile personalizzata in cui il periodo di residenza gastrica può essere adattato in base a una specifica applicazione medica, che potrebbe portare a una diagnosi e un trattamento personalizzati che siano ampiamente accessibili".

Risposta tempestiva

I ricercatori prevedono che questo tipo di sensore potrebbe essere utilizzato per diagnosticare i primi segni di malattia e quindi rispondere con il farmaco appropriato. Per esempio, potrebbe essere utilizzato per monitorare alcune persone ad alto rischio di infezione, come i pazienti che stanno ricevendo chemioterapia o farmaci immunosoppressori. Se viene rilevata un'infezione, la capsula potrebbe iniziare a rilasciare antibiotici. O, il dispositivo potrebbe essere progettato per rilasciare antistaminici quando rileva una reazione allergica.

"Siamo davvero entusiasti del potenziale per l'elettronica residente gastrica di servire come piattaforme per la salute mobile per aiutare i pazienti a distanza, " dice Traverso.

L'attuale versione del dispositivo è alimentata da una piccola batteria all'ossido d'argento. Però, i ricercatori stanno esplorando la possibilità di sostituire la batteria con fonti di energia alternative, come un'antenna esterna o acido gastrico.

I ricercatori stanno anche lavorando allo sviluppo di altri tipi di sensori che potrebbero essere incorporati nelle capsule. In questo documento, hanno testato il sensore di temperatura nei maiali, e stimano che entro circa due anni, potrebbero essere in grado di iniziare a testare sensori ingeribili su pazienti umani. Hanno lanciato una società che sta lavorando allo sviluppo della tecnologia per uso umano.