science >> Wetenschap >  >> Elektronica

Elektronische pil kan diagnostische informatie doorgeven of medicijnen vrijgeven in reactie op smartphone-opdrachten

MIT-onderzoekers hebben een opneembare sensor ontworpen die een paar weken in de maag kan blijven zitten en draadloos kan communiceren met een extern apparaat. Krediet:Massachusetts Institute of Technology

Onderzoekers van het MIT, Draper, en Brigham en Women's Hospital hebben een opneembare capsule ontworpen die kan worden bediend met behulp van draadloze Bluetooth-technologie. de capsule, die kan worden aangepast om medicijnen te leveren, omgevingsomstandigheden voelen, of allebei, kan minstens een maand in de maag blijven, het verzenden van informatie en het reageren op instructies van de smartphone van een gebruiker.

de capsules, vervaardigd met behulp van 3D-printtechnologie, kunnen worden ingezet om medicijnen te leveren voor de behandeling van een verscheidenheid aan ziekten, met name in gevallen waarin geneesmiddelen gedurende een lange periode moeten worden ingenomen. Ze kunnen ook worden ontworpen om infecties te detecteren, allergische reacties, of andere evenementen, en als reactie daarop een medicijn afgeven.

"Ons systeem kan monitoring en behandeling in een gesloten circuit bieden, waarbij een signaal kan helpen bij het toedienen van een medicijn of het afstemmen van de dosis van een medicijn, " zegt Giovanni Traverso, een gastwetenschapper bij de afdeling Werktuigbouwkunde van het MIT, waar hij in 2019 de faculteit vervoegt.

Deze apparaten kunnen ook worden gebruikt om te communiceren met andere draagbare en implanteerbare medische apparaten, die informatie zou kunnen bundelen om te worden gecommuniceerd naar de smartphone van de patiënt of arts.

"We zijn enthousiast over deze demonstratie van 3D-printen en over hoe opneembare technologieën mensen kunnen helpen door middel van nieuwe apparaten die mobiele gezondheidstoepassingen mogelijk maken, " zegt Robert Langer, de David H. Koch Institute Professor en een lid van MIT's Koch Institute for Integrative Cancer Research.

Langer en Traverso zijn de senior auteurs van de studie, die verschijnt in het nummer van 13 december van Geavanceerde materiaaltechnologieën . Yong Lin Kong, een voormalig MIT-postdoc die nu een assistent-professor is aan de Universiteit van Utah, is de hoofdauteur van de krant.

Draadloze communicatie

De afgelopen jaren, Langer, traverso, en hun collega's hebben gewerkt aan een verscheidenheid aan opneembare sensoren en capsules voor medicijnafgifte, die volgens hen nuttig zouden zijn voor de levering op lange termijn van geneesmiddelen die momenteel moeten worden geïnjecteerd. Ze zouden patiënten ook kunnen helpen om de strikte doseringsschema's te handhaven die vereist zijn voor patiënten met hiv of malaria.

In hun laatste onderzoek, de onderzoekers wilden veel van de functies combineren die ze eerder hadden ontwikkeld. in 2016, de onderzoekers ontwierpen een stervormige capsule met zes armen die opvouwen voordat ze in een gladde capsule werden ingepakt. Na te zijn ingeslikt, de capsule lost op en de armen zetten uit, waardoor het apparaat zich in de maag kan nestelen. evenzo, het nieuwe apparaat ontvouwt zich in een Y-vorm nadat het is ingeslikt. Hierdoor kan het apparaat ongeveer een maand in de maag blijven, voordat het in kleinere stukjes breekt en door het spijsverteringskanaal gaat.

Een van deze armen bevat vier kleine compartimenten die kunnen worden geladen met een verscheidenheid aan medicijnen. Deze medicijnen kunnen worden verpakt in polymeren waardoor ze geleidelijk over meerdere dagen kunnen worden vrijgegeven. De onderzoekers verwachten ook dat ze de compartimenten kunnen ontwerpen om op afstand te openen via draadloze Bluetooth-communicatie.

Het apparaat kan ook sensoren dragen die de maagomgeving bewaken en informatie doorgeven via een draadloos signaal. In eerder werk, de onderzoekers ontwierpen sensoren die vitale functies zoals hartslag en ademhaling kunnen detecteren. In deze krant, ze toonden aan dat de capsule kan worden gebruikt om de temperatuur te bewaken en die informatie rechtstreeks door te geven aan een smartphone binnen armlengte.

"Het beperkte verbindingsbereik is een wenselijke beveiligingsverbetering, "Zegt Kong. "De zelfisolatie van de draadloze signaalsterkte binnen de fysieke ruimte van de gebruiker zou het apparaat kunnen beschermen tegen ongewenste verbindingen, zorgen voor een fysieke isolatie voor extra beveiliging en privacybescherming."

Om de fabricage van al deze complexe elementen mogelijk te maken, de onderzoekers besloten om de capsules in 3D te printen. Door deze aanpak konden ze gemakkelijk alle verschillende componenten van de capsules opnemen, en om de capsule op te bouwen uit afwisselende lagen van stijve en flexibele polymeren, waardoor het bestand is tegen de zure omgeving van de maag.

"Multimaterialen 3D-printen is een zeer veelzijdige productietechnologie die unieke multicomponent-architecturen en functionele apparaten kan creëren, die niet kunnen worden vervaardigd met conventionele fabricagetechnieken, Kong zegt. "We kunnen mogelijk op maat gemaakte opneembare elektronica creëren waarbij de verblijfsperiode in de maag kan worden aangepast op basis van een specifieke medische toepassing, wat zou kunnen leiden tot een gepersonaliseerde diagnose en behandeling die breed toegankelijk is."

Vroege reactie

De onderzoekers voorzien dat dit type sensor kan worden gebruikt om vroege tekenen van ziekte te diagnosticeren en vervolgens te reageren met de juiste medicatie. Bijvoorbeeld, het kan worden gebruikt om bepaalde mensen met een hoog risico op infectie te controleren, zoals patiënten die chemotherapie of immunosuppressiva krijgen. Als er een infectie wordt geconstateerd, de capsule kan beginnen met het afgeven van antibiotica. Of, het apparaat kan worden ontworpen om antihistaminica af te geven wanneer het een allergische reactie detecteert.

"We zijn erg enthousiast over het potentieel voor gastrische elektronica om te dienen als platform voor mobiele gezondheid om patiënten op afstand te helpen, ' zegt Traverso.

De huidige versie van het toestel wordt aangedreven door een kleine zilveroxide batterij. Echter, de onderzoekers onderzoeken de mogelijkheid om de batterij te vervangen door alternatieve stroombronnen, zoals een externe antenne of maagzuur.

De onderzoekers werken ook aan de ontwikkeling van andere soorten sensoren die in de capsules kunnen worden verwerkt. In deze krant, ze testten de temperatuursensor bij varkens, en ze schatten dat binnen ongeveer twee jaar, ze kunnen mogelijk beginnen met het testen van opneembare sensoren bij menselijke patiënten. Ze hebben een bedrijf gelanceerd dat werkt aan de ontwikkeling van de technologie voor menselijk gebruik.