Opneembare capsule om ziekten van het maagdarmkanaal aan te pakken

Het diagnosticeren en behandelen van ziekten van het maagdarmkanaal kan notoir invasief en tijdrovend zijn: laboratoriumwerk voor bloed en ontlasting; biopsieën, colonoscopieën en endoscopieën; en röntgenfoto’s, CT-scans en MRI-beeldvorming. Maar wat als er een alternatief was dat net zo eenvoudig was als het doorprikken van een Bayer-aspirine?

Onderzoekers van het MEMS Sensors and Actuators Laboratory (MSAL) van de Universiteit van Maryland in de A. James Clark School of Engineering hebben een opneembare capsule ontwikkeld met een nieuwe verpakkingstechnologie die de kleine componenten kan beschermen in de soms barre omgeving van het maagdarmkanaal. oplossen op precieze momenten en locaties die nodig zijn om medicijnen af ​​te leveren, sensoren te onthullen of andere functies uit te voeren.

Hun studie, gepubliceerd in Microsystemen en nano-engineeringbeschrijft hoe deze verpakking, een vrijstaande regio-responsieve dubbellaag (FRRB) genoemd, de capsule kan beschermen terwijl deze door het maagdarmkanaal navigeert en complexe diagnostische en therapeutische taken uitvoert, zoals detectie, monitoring en medicijnafgifte.

“Opneembare capsule-apparaten zijn de volgende grens van medische technologie”, zegt bio-engineering Ph.D. student Michael Straker, eerste auteur van het artikel. “De FRRB is een eenvoudige maar elegante oplossing voor een van de grootste uitdagingen bij het ontwikkelen van deze apparaten. Het kan worden gebruikt om creatieve nieuwe ontwerpen te ontwikkelen, waardoor gevoelige actuatoren en sensoren ongeschonden de doelgebieden van het maagdarmkanaal kunnen bereiken.”

Co-auteurs op het papier zijn onder meer materiaalkunde en engineering Ph.D. student Joshua Levy, elektrotechniek en computertechniek Ph.D. kandidaat Justin Stine, Vivian Borbash ’22, onderzoeksmedewerker Luke Beardslee en Herbert Rabin Distinguished Chair in Engineering Reza Ghodssi, die de MSAL leidt.

Hun werk richt zich op het aanpakken van auto-immuunziekten zoals inflammatoire darmaandoeningen, waaronder de ziekte van Crohn en colitis ulcerosa, en treft volgens de Centers for Disease Control and Prevention meer dan 3 miljoen Amerikanen. Het kan uiteindelijk ook nuttig zijn voor aandoeningen waarbij darm-hersenverbindingen betrokken zijn, zoals depressie.

Jarenlang vertrouwden farmaceutische bedrijven op pH-gevoelige materialen, algemeen bekend als een “enterische” coating, om medicijnen in het lichaam af te geven; het wordt gebruikt in de dagelijkse aspirine die veel mensen nemen voor de gezondheid van het hart. Maar enterische coatings zijn niet geavanceerd genoeg om een ​​verteerbare capsule te beschermen tegen de zure vloeistoffen en vaste stoffen die het tegenkomt terwijl het door het maagdarmkanaal reist op weg naar de beoogde bestemming: de darmen. Het moet intact blijven zodat de componenten, zoals de sensor of het medicijn, op het juiste moment kunnen worden blootgelegd en vrijgegeven.

Een idee dat is uitgeprobeerd, is het toevoegen van een openingsmechanisme aan de capsule. Dergelijke mechanismen kunnen echter omvangrijk zijn en het apparaat ingewikkelder en zwaarder maken. Ze kunnen ook een stimulans van buiten de capsule nodig hebben, via krachtige apparatuur.

De FRRB ontwikkeld door MSAL, een onderzoeksgroep gericht op micro-elektromechanische systemen (MEMS) met een lange geschiedenis van baanbrekend onderzoek naar inneembare capsules, is een meer veelzijdige optie. Het kan gemakkelijk worden aangebracht op verschillende inneembare capsulecomponenten, kan in een aantal vormen worden vervaardigd en kan die fragiele componenten in het maagdarmkanaal beschermen totdat ze hun beoogde bestemming bereiken en vervolgens oplossen, zodat ze de functies kunnen uitvoeren waarvoor ze waren. ontworpen, in volgorde.

“Het is onze verwachting dat deze productiebenadering het ontwerpparadigma van de ontwikkeling van minimaal invasieve micro/nano/bio-apparaten en -systemen voor toepassingen in de gezondheidszorg, behandeling en preventie zal verbreden”, aldus Ghodssi.