توسع حبوب منع الحمل القابلة للاستطالة ، تراقب المعدة لمدة تصل إلى شهر
الحبة القابلة للنفخ مضمنة بجهاز استشعار يتتبع باستمرار درجة حرارة المعدة لمدة تصل إلى 30 يومًا. إذا كان من الضروري إزالة الحبة من المعدة ، يمكن للمريض أن يشرب محلول الكالسيوم الذي يحفز الحبة على الانكماش بسرعة إلى حجمها الأصلي وتمريرها بأمان خارج الجسم.
الحبة الجديدة مصنوعة من نوعين من الهلاميات المائية - مخاليط من البوليمرات والماء تشبه تناسق Jell-O. تمكن التركيبة من أن تنتفخ الأقراص بسرعة في المعدة بينما تبقى غير منعة إلى البيئة الحمضية المتقرنة في المعدة.
التصميم القائم على هيدروجيل هو أكثر ليونة ، وأكثر قابلية للحياة ، ويدوم لفترة أطول من أجهزة الاستشعار القابلة للهضم الحالية ، والتي إما يمكن أن تبقى فقط في المعدة لبضعة أيام ، أو مصنوعة من البلاستيك الصلب أو المعادن التي تكون أكثر قوة من المعدية المعوية الجهاز.
يقول شيوانهي تشاو ، الأستاذ المساعد في الهندسة الميكانيكية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: "إن الحلم هو الحصول على حبة ذكية تشبه Jell-O ، والتي كانت تبتلع في السابق المعدة في المعدة وتراقب صحة المريض لفترة طويلة مثل الشهر".
وقد نشر زهاو وكبار المتعاونين جيوفاني ترافيرسو ، وهو عالم زائر سينضم إلى هيئة التدريس بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في عام 2019 ، جنبا إلى جنب مع المؤلفين الرئيسيين شينيويه ليو ، وكريستوف شتيغر ، وشاوتينج لين ، نتائجهم في نيتشر كوميونيكيشنز .
حبوب منع الحمل ، بينج بونج ، و pufferfish
تصميم الحبة القابلة للنفخ الجديدة مستوحى من الآليات الدفاعية لأسماك pufferfish ، أو السمكة المنتفخة. عادةً ما تتكاثر أسماك pufferfish بشكل بطيء عند تعرضها للتهديد ، مثل البالون الشائك. يفعل ذلك عن طريق امتصاص كمية كبيرة من الماء ، بسرعة.
كان جسم البافير القوي المتضخم بسرعة هو بالضبط ما كان تشاو يسعى إلى التكاثر في شكل هيدروجيل. كان الفريق يبحث عن طرق لتصميم حبة ذات قاعدة هيدروجيل لنقل المجسات إلى المعدة والبقاء فيها لمراقبة ، على سبيل المثال ، العلامات الحيوية أو حالات المرض لفترة طويلة نسبيا من الزمن.
span style="box-sizing: border-box; vertical-align: inherit;">يقول ليو: "في الوقت الحالي ، عندما يحاول الناس تصميم هذه المواد الهلامية القابلة للتضخيم بشكل كبير ، فإنهم عادة ما يستخدمون الانتشار ، مما يجعل الماء ينتشر تدريجياً في شبكة هيدروجيل". "ولكن لتضخم حجم كرة البينغ بونج يستغرق ساعات أو حتى أيام. إنه أطول من وقت إفراغ المعدة."
وبدلا من ذلك ، بحث الباحثون عن طرق لتصميم قرص هيدروجيل يمكن أن يضخم بسرعة أكبر بمعدل يقارن بمعدل أسماك pufferfish.
تعقب سهل الاستخدام
التصميم الذي وصلوا إليه في نهاية المطاف يشبه كبسولة صغيرة تشبه الجِلّ ، مصنوعة من مادتين هيدروجيل. تحتوي المادة الداخلية على polyacrylate من الصوديوم - وهي جسيمات فائقة الامتصاص تستخدم في المنتجات التجارية مثل الحفاضات من أجل قدرتها على امتصاص السائل والتضخم.
ومع ذلك ، أدرك الباحثون أنه إذا كانت الأقراص مصنوعة فقط من هذه الجسيمات ، فسوف تتفكك على الفور وتنتقل من المعدة كخرز فردي. لذلك صمموا طبقة هيدروجيل حمائية ثانية لتغليف الجسيمات سريعة الانتفاخ. يصنع هذا الغشاء الخارجي من عدد كبير من السلاسل المتبلرة النانوية ، كل منها مطوية على شكل آخر ، في نمط متصل غير قابل للاختراق.
يقول لين: "سيتعين عليك اختراق العديد من المجالات البلورية لكسر هذا الغشاء". "هذا ما يجعل هيدروجيل هذه قوية للغاية ، وفي الوقت نفسه ، لينة".
في المختبر ، قام الباحثون بتغريب حبوب منع الحمل في العديد من المحاليل الخاصة بالماء والسوائل التي تشبه العصارة المعدية ، ووجدوا أن حبوب منع الحمل تضخم إلى 100 مرة حجمها الأصلي في حوالي 15 دقيقة - أسرع بكثير من الهلاميات المائية القائمة swellable. وبمجرد تضخيمها ، يقول تشاو إن حبوب منع الحمل تدور حول نعومة التوفو أو جيل-أو ، ولكنها قوية بشكل مدهش.
لاختبار صلابة حبوب منع الحمل ، قام الباحثون بضغطها آليًا آلاف المرات ، في قوى أكبر مما قد تتعرض له حبوب منع الحمل من التقلصات المنتظمة في المعدة.
"يطبق المعدة آلاف إلى ملايين دورات الحمل لطحن الطعام ،" يشرح لين. "ووجدنا أنه حتى عندما نجعل قطعًا صغيرًا في الغشاء ، ثم نضغط ونضغط عليه آلاف المرات ، فإن الخفض لا ينمو بشكل أكبر. إن تصميمنا قوي جدًا."
وقرر الباحثون كذلك أن حل أيونات الكالسيوم ، بتركيز أعلى مما هو موجود في الحليب ، يمكنه تقليص الجسيمات المنتفخة. هذا يؤدي إلى حبوب منع الحمل لتخفيف وتأخذ من المعدة.
وأخيرًا ، قام Steiger و Traverso بدمج أجهزة استشعار درجة الحرارة الصغيرة والتجارية في العديد من الأقراص ، وأطعموا الحبوب إلى الخنازير ، التي تحتوي على معدة وجهاز هضمي شبيه جدًا بالبشر. وقام الفريق في وقت لاحق باسترجاع أجهزة استشعار درجة الحرارة من براز الخنازير ورسم قياسات درجة حرارة أجهزة الاستشعار بمرور الوقت. ووجد الباحثون أن المستشعر قادر على تتبع أنماط النشاط اليومي للحيوانات بدقة تصل إلى 30 يومًا.
على الطريق ، يتصور الباحثون أن الحبة قد تنقل عددا من أجهزة الاستشعار المختلفة إلى المعدة بشكل آمن لمراقبة ، على سبيل المثال ، مستويات الأس الهيدروجيني ، أو علامات بعض البكتيريا أو الفيروسات. قد تكون جزءا لا يتجزأ من الكاميرات الصغيرة في حبوب منع الحمل لصورة تقدم الأورام أو القرحة ، على مدى عدة أسابيع. ويقول تشاو إن حبوب منع الحمل يمكن أن تستخدم أيضا كبديل أكثر أمنا وأكثر راحة للحمية البالونية في المعدة ، وهو شكل من أشكال التحكم في النظام الغذائي الذي يتم فيه تمرير بالون عبر مريض مريض وإلى المعدة باستخدام منظار داخلي.
يقول تشاو: "من خلال تصميمنا ، لن تحتاج إلى المرور بعملية مؤلمة لزرع منطاد جامد". "ربما يمكنك تناول عدد قليل من هذه الأقراص بدلاً من ذلك ، للمساعدة في ملء معدتك ، وفقدان الوزن. ونحن نرى العديد من الاحتمالات لهذا الجهاز هيدروجيل".
No comments: