Indtageligt medicinsk udstyr kan brydes ned med lys

En række forskellige medicinske anordninger kan indsættes i mave -tarmkanalen for at behandle, diagnosticere, eller overvåge GI lidelser. Mange af disse skal fjernes ved endoskopisk kirurgi, når deres arbejde er udført. Imidlertid, MIT -ingeniører er nu kommet på en måde at få sådanne enheder til at gå i stykker inde i kroppen, når de udsættes for lys fra en indtagelig LED.

Den nye tilgang er baseret på en lysfølsom hydrogel, som forskerne designede. Ved at inkorporere dette materiale i medicinsk udstyr kunne undgå mange endoskopiske procedurer og ville give læger en hurtigere og lettere måde at fjerne enheder på, når de ikke længere er nødvendige eller ikke fungerer korrekt, siger forskerne.

"Vi udvikler et sæt systemer, der kan opholde sig i mave -tarmkanalen, og som en del af det, vi søger at udvikle forskellige måder, hvorpå vi kan udløse demontering af enheder i GI -kanalen uden krav om en større procedure, "siger Giovanni Traverso, en adjunkt i maskinteknik, en gastroenterolog på Brigham og Women's Hospital, og seniorforfatteren af ​​undersøgelsen.

I en undersøgelse af grise, forskerne viste, at enheder fremstillet med denne lysfølsomme hydrogel kan udløses til at bryde sammen efter at have været udsat for blåt eller ultraviolet lys fra en lille LED.

Ritu Raman, en postdoc ved MIT's Koch Institute for Integrative Cancer Research, er hovedforfatter af papiret, som vises i dag i Videnskab fremskridt . Andre forfattere af papiret er tidligere tekniske medarbejdere Tiffany Hua, Jianlin Zhou, Tina Esfandiary, og Vance Soares; tekniske medarbejdere Declan Gwynne, Joy Collins, og Siddartha Tamang; kandidatstuderende Simo Pajovic; Afdeling for komparativ medicin dyrlæge Alison Hayward; og David H. Koch Institute Professor Robert Langer.

Kontrolleret sammenbrud

I løbet af de sidste år har Traverso og Langer har udviklet mange indtagelige enheder designet til at blive i mave -tarmkanalen i længere tid. De har også arbejdet med en række strategier til at kontrollere nedbrydningen af ​​sådanne enheder, herunder metoder baseret på ændringer i pH eller temperatur eller udsættelse for visse kemikalier.

"I betragtning af vores interesser i at udvikle systemer, der kan opholde sig i længere perioder i mave -tarmkanalen, vi fortsætter med at undersøge en række tilgange til at lette fjernelsen af ​​disse systemer i forbindelse med bivirkninger, eller når de ikke længere er nødvendige, "Siger Traverso." Vi ser virkelig på forskellige udløsere og hvordan de fungerer, og om vi kan anvende dem til forskellige indstillinger. "

I dette studie, forskerne udforskede en lysbaseret trigger, som de mente kunne tilbyde nogle fordele i forhold til deres tidligere tilgange. En potentiel fordel er, at lys kan virke på afstand og ikke behøver at komme i direkte kontakt med det materiale, der nedbrydes. Også, lys trænger normalt ikke ind i mave -tarmkanalen, så der er ingen chance for utilsigtet udløsning.

For at skabe det nye materiale, Raman designet en lysfølsom hydrogel baseret på et materiale udviklet i laboratoriet af Kristi Anseth, en tidligere Langer lab postdoc, der nu er professor i kemisk og biologisk teknik ved University of Colorado i Boulder. Denne polymergel indeholder en kemisk binding, der brydes, når den udsættes for en bølgelængde af lys mellem 405 og 365 nanometer (blå til ultraviolet).

Raman besluttede, at i stedet for at lave et materiale, der udelukkende består af den lysfølsomme polymer, hun ville bruge den til at forbinde stærkere komponenter, såsom polyacrylamid. Dette gør det samlede materiale mere holdbart, men tillader det stadig at bryde fra hinanden eller svækkes, når det udsættes for den rigtige lysbølgelængde. Hun konstruerede også materialet som et "dobbelt netværk, "hvor et polymernetværk omgiver et andet.

"Du danner et polymernetværk og danner derefter et andet polymernetværk omkring det, så det er virkelig viklet ind. Det gør det meget hårdt og elastisk, "Siger Raman.

Materialets egenskaber kan indstilles ved at variere gelens sammensætning. Når den lysfølsomme linker udgør en højere procentdel af materialet, den nedbrydes hurtigere som reaktion på lys, men er også mekanisk svagere. Forskerne kan også kontrollere, hvor lang tid det tager at nedbryde materialet ved at bruge forskellige lysbølgelængder. Blåt lys virker langsommere, men udgør mindre risiko for celler, der er følsomme over for skader fra ultraviolet lys.

Tømt for lys

Gelen og dens nedbrydningsprodukter er biokompatible, og gelen kan let støbes i forskellige former. I dette studie, forskerne brugte den til at demonstrere to mulige anvendelser:en forsegling til en bariatrisk ballon og en spiserørstent. Standard bariatriske balloner, som nogle gange bruges til at behandle fedme, er oppustet i en patients mave og fyldt med saltvand. Efter cirka seks måneder, ballonen fjernes ved endoskopisk kirurgi.

I modsætning, den bariatriske ballon, som MIT -teamet designet, kan tømmes ved at udsætte forseglingen for et lille LED -lys, som i princippet ville blive slugt og derefter passere ud af kroppen. Deres ballon er lavet af latex og fyldt med natriumpolyacrylat, som optager vand. I dette studie, forskerne testede ballonerne hos grise og fandt ud af, at ballonerne svulmede op, så snart de blev lagt i maven. Når en lille, indtagelig LED, der udsender blåt lys, blev placeret i maven i cirka seks timer, ballonerne tømmes langsomt. Med et lys med højere effekt, materialet brød sammen inden for 30 minutter.

Forskerne støbte også den lysfølsomme gel til en spiserørstent. Sådanne stenter bruges undertiden til at hjælpe med at behandle spiserørskræft eller andre lidelser, der forårsager en indsnævring af spiserøret. En lysudløselig version kan nedbrydes og passeres gennem fordøjelseskanalen, når den ikke længere er nødvendig.

Ud over de to ansøgninger, denne tilgang kunne bruges til at oprette andre former for nedbrydelige enheder, såsom køretøjer til levering af lægemidler til mave -tarmkanalen, ifølge forskerne.

"Denne undersøgelse er et bevis på, at vi kan skabe denne form for materiale, og nu tænker vi på, hvad der er de bedste applikationer til det, "Siger Traverso.