Los ingenieros del MIT han diseñado un ingerible, Píldora gelatinosa que, al llegar al estómago, se hincha rápidamente al tamaño de un blando, pelota de ping-pong blanda lo suficientemente grande como para permanecer en el estómago durante un período prolongado de tiempo.

La píldora inflable está incrustada con un sensor que rastrea continuamente la temperatura del estómago hasta por 30 días. Si es necesario retirar la pastilla del estómago, un paciente puede beber una solución de calcio que hace que la píldora se encoja rápidamente a su tamaño original y salga del cuerpo de manera segura.

La nueva píldora está hecha de dos tipos de hidrogeles:mezclas de polímeros y agua que se asemejan a la consistencia de la gelatina. La combinación permite que la píldora se hinche rápidamente en el estómago sin dejar de ser impermeable al agitado ambiente ácido del estómago.

El diseño a base de hidrogel es más suave, más biocompatible, y más duraderos que los sensores ingeribles actuales, que solo pueden permanecer en el estómago unos días, o están hechos de plásticos duros o metales que son órdenes de magnitud más rígidos que el tracto gastrointestinal.

"El sueño es tener una pastilla inteligente similar a la gelatina, que una vez ingerido permanece en el estómago y monitorea la salud del paciente durante un tiempo prolongado, como un mes, "dice Xuanhe Zhao, profesor asociado de ingeniería mecánica en el MIT.

Zhao y el colaborador senior Giovanni Traverso, un científico visitante que se unirá a la facultad del MIT en 2019, junto con los autores principales Xinyue Liu, Christoph Steiger, y Shaoting Lin, han publicado sus resultados en Comunicaciones de la naturaleza .

Pastillas ping-pong, y pez globo

El diseño de la nueva pastilla hinchable está inspirado en los mecanismos de defensa del pez globo, o pez globo. Normalmente una especie de movimiento lento, el pez globo se infla rápidamente cuando se ve amenazado, como un globo puntiagudo. Lo hace aspirando una gran cantidad de agua, rápido.

El globo es duro El cuerpo de inflado rápido era exactamente lo que Zhao buscaba replicar en forma de hidrogel. El equipo había estado buscando formas de diseñar una píldora a base de hidrogel para llevar sensores al estómago y permanecer allí para monitorear, por ejemplo, signos vitales o estados patológicos durante un período de tiempo relativamente largo.

Se dieron cuenta de que si una pastilla era lo suficientemente pequeña como para tragarla y pasarla por el esófago, también sería lo suficientemente pequeño como para salir del estómago, a través de una abertura conocida como píloro. Para evitar que salga del estómago, el grupo tendría que diseñar la píldora para que se hinchara rápidamente al tamaño de una pelota de ping-pong.

"En la actualidad, cuando la gente intenta diseñar estos geles altamente hinchables, Suelen utilizar difusión, dejar que el agua se difunda gradualmente en la red de hidrogel, "Dice Liu." Pero hincharse al tamaño de una pelota de ping-pong lleva horas, o incluso días. Es más largo que el tiempo de vaciado del estómago ".

En cambio, los investigadores buscaron formas de diseñar una píldora de hidrogel que pudiera inflarse mucho más rápidamente. a un ritmo comparable al de un pez globo asustado.

Un rastreador ingerible

El diseño en el que finalmente aterrizaron se asemeja a un pequeño, Cápsula tipo gelatina, hecho de dos materiales de hidrogel. El material interior contiene poliacrilato de sodio, partículas superabsorbentes que se utilizan en productos comerciales como pañales por su capacidad para absorber líquidos e inflar rápidamente.

Los investigadores se dieron cuenta, sin embargo, que si la píldora estuviera hecha solo de estas partículas, inmediatamente se rompería y saldría del estómago como cuentas individuales. Entonces diseñaron un segundo, capa protectora de hidrogel para encapsular las partículas de rápido hinchamiento. Esta membrana externa está hecha de una multitud de materiales nanoscópicos, cadenas cristalinas, cada uno doblado sobre otro, en un casi impenetrable, patrón de atasco.

"Tendrías que atravesar muchos dominios cristalinos para romper esta membrana, ", Dice Lin." Eso es lo que hace que este hidrogel sea extremadamente robusto, y al mismo tiempo, suave."

En el laboratorio, los investigadores sumergieron la píldora en varias soluciones de agua y líquido que se asemeja a jugos gástricos, y descubrió que la píldora estaba inflada a 100 veces su tamaño original en unos 15 minutos, mucho más rápido que los hidrogeles hinchables existentes. Una vez inflado, Zhao dice que la píldora tiene que ver con la suavidad del tofu o gelatina, pero sorprendentemente fuerte.

Para probar la dureza de la píldora, los investigadores lo exprimieron mecánicamente miles de veces, a fuerzas incluso mayores que las que experimentaría la píldora por contracciones regulares en el estómago.

"El estómago aplica de miles a millones de ciclos de carga para triturar los alimentos, "Lin explica." Y descubrimos que incluso cuando hacemos un pequeño corte en la membrana, y luego estírelo y apriételo miles de veces, el corte no crece más. Nuestro diseño es muy robusto ".

Los investigadores determinaron además que una solución de iones de calcio, a una concentración superior a la de la leche, Puede encoger las partículas hinchadas. Esto hace que la píldora se desinfle y salga del estómago.

Finalmente, Steiger y Traverso integrados pequeños, sensores de temperatura comerciales en varias píldoras, y le dio las pastillas a los cerdos, que tienen estómagos y tractos gastrointestinales muy similares a los humanos. Más tarde, el equipo recuperó los sensores de temperatura del taburete de los cerdos y graficaron las mediciones de temperatura de los sensores a lo largo del tiempo. Descubrieron que el sensor podía rastrear con precisión los patrones de actividad diaria de los animales hasta 30 días.

Por el camino, los investigadores imaginan que la píldora puede enviar de manera segura una serie de sensores diferentes al estómago para monitorear, por ejemplo, niveles de pH, o signos de ciertas bacterias o virus. También se pueden incrustar pequeñas cámaras en las píldoras para visualizar el progreso de tumores o úlceras, en el transcurso de varias semanas. Zhao dice que la píldora también podría usarse como una forma más segura, alternativa más cómoda a la dieta del balón gástrico, una forma de control de la dieta en la que se introduce un globo a través del esófago del paciente hasta el estómago, usando un endoscopio.

"Con nuestro diseño, no necesitaría pasar por un proceso doloroso para implantar un globo rígido, "Dice Zhao." Tal vez puedas tomar algunas de estas píldoras en su lugar, para ayudar a llenar tu estómago, y adelgazar. Vemos muchas posibilidades para este dispositivo de hidrogel ".