科學家設計了一種可吸收的藥丸可以監測潰瘍，癌症登胃腸道疾病

麻省理工學院的工程師設計了一種可吸收的，類似Jell-O的藥丸，當它到達胃部時，迅速膨脹到一個柔軟，濕軟的乒乓球大小，足以長時間留在胃裡。

充氣藥丸內置一個感測器，可持續跟蹤胃的溫度長達30天。如果需要從胃中取出藥丸，患者可以喝一種鈣溶液，可以迅速收縮到原來的大小，並安全地從體內排出。

新藥丸由兩種類型的水凝膠製成 - 聚合物和水的混合物，類似於Jell-O的稠度。該組合使得藥丸能夠在胃中迅速膨脹，同時保持不受胃的酸性環境的影響。

基於水凝膠的設計比現有的可攝取感測器更柔軟，更具生物相容性，並且更持久，感測器可以僅在胃中保留幾天，或者由硬塑料或比胃腸更硬的金屬製成。道。

麻省理工學院機械工程副教授趙玄和表示：「我們的夢想是擁有一種類似Jell-O的智能藥丸，這種藥丸一旦吞咽就會停留在胃部並長時間監測患者的健康狀況。」

趙和高級合作者Giovanni Traverso，一位將於2019年加入麻省理工學院的訪問科學家，以及主要作者劉新月，Christoph Steiger和Shaoting Lin，已在Nature Communications上發表了他們的成果。

丸，乒乓球和河豚

新型充氣藥丸的設計靈感來自河豚或河豚的防禦機制。通常是緩慢移動的物種，河豚在受到威脅時會迅速膨脹，就像一個尖尖的氣球。它是通過快速吸入大量水來實現的。

河豚堅韌，快速膨脹的身體正是趙希望以水凝膠形式複製的東西。該團隊一直在尋找方法來設計一種基於水凝膠的藥丸，將感測器帶入胃中，並在相當長的一段時間內監測生命體征或疾病狀態。

他們意識到，如果藥丸足夠小，可以吞咽並從食道中流下，它也會小到足以通過一個稱為幽門的開口從胃中排出。為了防止它離開胃，該組織必須設計藥丸，以迅速膨脹至乒乓球的大小。

「目前，當人們嘗試設計這些高度可膨脹的凝膠時，他們通常會使用擴散，讓水逐漸擴散到水凝膠網路中，」劉說。「但膨脹到一個乒乓球的大小需要幾個小時，甚至幾天。它比胃的排空時間長。」

研究人員尋找方法設計一種可以更快速地膨脹的水凝膠丸，其速度可與驚人的河豚相媲美。

可攝入的跟蹤器

他們最終落地的設計類似於一種由兩種水凝膠材料製成的小型Jell-O型膠囊。內部材料含有聚丙烯酸鈉 - 超吸收顆粒，用於商業產品如尿布，因為它能夠快速吸收液體和膨脹。

然而，研究人員意識到，如果藥丸僅由這些顆粒製成，它會立即分裂並作為單個珠子從胃中排出。因此，他們設計了第二個保護性水凝膠層來封裝快速膨脹的顆粒。該外膜由多個納米級晶體鏈製成，每個晶體鏈摺疊在另一個上，呈幾乎不可穿透的網格狀圖案。

「你必須通過許多結晶域來破壞這種膜，」林說。「這就是使這種水凝膠非常結實，同時又柔軟的原因。」

在實驗室中，研究人員將藥丸浸泡在各種類似胃液的水和液體溶液中，並發現藥丸在約15分鐘內膨脹至其原始尺寸的100倍 - 比現有的可膨脹水凝膠快得多。一旦充氣，趙說藥丸是關於豆腐或果凍的柔軟度，但令人驚訝的強烈。

為了測試藥丸的韌性，研究人員將其機械擠壓數千次，其力量甚至大於藥丸在胃部常規收縮時的體積。

「胃會施加數千到數百萬次的負荷來磨碎食物，」林解釋說。「我們發現，即使我們在膜上進行小切割，然後將其拉伸和擠壓數千次，切割也不會變大。我們的設計非常堅固。」

研究人員進一步確定，濃度高於牛奶濃度的鈣離子溶液會使溶脹的顆粒收縮。這會觸發藥丸放氣並從胃中排出。

最後，Steiger和Traverso將小型商用溫度感測器嵌入幾個藥丸中，並將藥丸餵給豬，這些豬的胃和胃腸道非常類似於人類。該團隊隨後從豬糞中檢索了溫度感測器，並繪製了感測器的溫度測量結果。他們發現感測器能夠準確地跟蹤動物的日常活動模式長達30天。

在未來的研究中，研究人員設想藥丸可以安全地向胃部傳遞許多不同的感測器，以監測例如pH水平或某些細菌或病毒的跡象。在幾周的過程中，微小的相機也可以嵌入藥丸中以對腫瘤或潰瘍的進展進行成像。趙說這種藥丸也可能被用作胃氣球飲食的一種更安全，更舒適的替代品，這是一種飲食控制形式，其中使用內窺鏡將氣球穿過患者的食道並進入胃。

「通過我們的設計，你不需要經歷一個痛苦的過程來植入剛性氣球，」趙說。「也許你可以服用這些藥片，幫助填飽肚子，減肥。我們看到這種水凝膠裝置有很多可能性。」

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！