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Píldora expandible e ingerible controla el estómago hasta por un mes

Ingenieros de MIT han diseñado una píldora ingerible de gelatina que, al llegar al estómago, se hincha rápidamente al tamaño de una pelota de ping-pong suave y blanda, lo suficientemente grande como para permanecer en el estómago durante un período prolongado de tiempo.

La píldora inflable está incorporada con un sensor que rastrea continuamente la temperatura del estómago durante hasta 30 días. Si es necesario retirar la píldora 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 Jell-O. La combinación permite que la píldora se hinche rápidamente en el estómago al tiempo que permanece impermeable al medio ambiente agitado del estómago.

El diseño basado en hidrogel es más suave, más biocompatible y más duradero que los sensores ingeribles actuales, que pueden permanecer solo en el estómago por unos días, o están hechos de plásticos duros o metales que son de una magnitud de mayor rigidez que los gastrointestinales.

Zhao y el colaborador principal 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 hoy en Nature Communications.

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

El cuerpo duro e inflado del soplador 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, los signos vitales o los estados de enfermedad durante un período de tiempo relativamente largo.

Se dieron cuenta de que si una píldora fuera lo suficientemente pequeña para ser tragada y pasara por el esófago, también sería lo suficientemente pequeña 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 aumentar rápidamente el tamaño de una pelota de ping-pong.

En su lugar, los investigadores buscaron formas de diseñar una píldora de hidrogel que pudiera inflarse mucho más rápidamente, a una velocidad comparable a la de un pez globo asustado.

El diseño en el que finalmente aterrizaron se parece a una pequeña cápsula con forma de gelatina, hecha de dos materiales de hidrogel. El material interno contiene poliacrilato de sodio: partículas superabsorbentes que se utilizan en productos comerciales, como los pañales, por su capacidad de absorber líquidos e inflarlos rápidamente.

Sin embargo, los investigadores se dieron cuenta de que si la píldora estuviera hecha solo de estas partículas, se rompería de inmediato y saldría del estómago como cuentas individuales. Así que diseñaron una segunda capa protectora de hidrogel para encapsular las partículas que se hinchan rápidamente. Esta membrana externa está hecha de una multitud de cadenas nanoscópicas, cristalinas, cada una doblada sobre otra, en un patrón de estancamiento casi impenetrable, una característica “antifatiga” que los investigadores informaron en un artículo anterior.

En el laboratorio, los investigadores sumergieron la píldora en varias soluciones de agua y líquidos similares a los jugos gástricos, y encontraron que la píldora se inflaba a 100 veces su tamaño original en aproximadamente 15 minutos, mucho más rápido que los hidrogeles inflamables existentes. Una vez inflado, Zhao dice que la píldora es sobre la suavidad del tofu o gelatina, pero sorprendentemente fuerte.

Para probar la resistencia de la píldora, los investigadores la apretaron mecánicamente miles de veces, con fuerzas incluso mayores que las que la píldora experimentaría por las contracciones regulares en el estómago.

Los investigadores determinaron además que una solución de iones de calcio, a una concentración más alta que la que contiene la leche, puede reducir las partículas inflamadas. Esto provoca que la píldora se desinfle y se salga del estómago.

Finalmente, Steiger y Traverso incorporaron pequeños sensores de temperatura comerciales en varias píldoras y las alimentaron a los cerdos, que tienen estómagos y tractos gastrointestinales muy similares a los humanos. Más tarde, el equipo recuperó los sensores de temperatura de las heces de los cerdos y trazó las mediciones de temperatura de los sensores a lo largo del tiempo. Descubrieron que el sensor podía realizar un seguimiento preciso de los patrones de actividad diaria de los animales hasta 30 días.

En el futuro, los investigadores imaginan que la píldora puede administrar de manera segura varios sensores diferentes al estómago para monitorear, por ejemplo, los niveles de pH o los signos de ciertas bacterias o virus. En el transcurso de varias semanas, también se pueden insertar pequeñas cámaras en las píldoras para visualizar el progreso de tumores o úlceras. Zhao dice que la píldora también podría usarse como una alternativa más segura y cómoda a la dieta de globo gástrico, una forma de control de la dieta en la que se pasa un globo a través del esófago de un paciente y hacia el estómago, utilizando un endoscopio.

Más información: MIT News

Así funciona la pastilla expansiva de gel:

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