El dispositivo blando y flexible se hincha hasta 100 veces y podría rastrear úlceras y cánceres
Investigadores del MIT han desarrollado una píldora ingerible que al llegar al estómago se hincha hasta alcanzar el tamaño de una pelota de ping-pong, lo que le permite permanecer en el cuerpo y realizar mediciones desde dentro durante semanas.
Los creadores de la píldora esperan poder usarla para múltiples propósitos, desde el seguimiento de los niveles de pH del estómago hasta la observación del crecimiento de tumores y úlceras.
Uno de los problemas clave con la electrónica ingerible es el tamaño de los dispositivos. Si una píldora que contiene un sensor es lo suficientemente pequeña como para pasar sin ayuda por la garganta o el esófago de un paciente, también es lo suficientemente pequeña como para salir del estómago y pasar al intestino delgado.
El equipo de científicos detrás del desarrollo de la nueva tecnología buscó evitar que sucediera esto, diseñando una píldora capaz de inflarse varias veces de su tamaño original una vez que llega al estómago.
Como suele ocurrir con los avances médicos, los investigadores buscaron inspiración en la naturaleza y la encontraron en forma de uno de los habitantes acuáticos más extraños de la Tierra: el pez globo. Al detectar una amenaza, puede aspirar agua a una velocidad impresionante, lo que obliga a su cuerpo a expandirse hasta más del doble de su tamaño normal.
La píldora que los investigadores querían diseñar necesitaría expandirse con una eficiencia similar a la de un pez globo, en un marco de tiempo limitado antes de que el estómago la empujara al siguiente paso en el sistema digestivo.
Con este fin, se decidió que el interior de la píldora estaría formado por partículas superabsorbentes de poliacrilato de sodio. Sin embargo, si se coloca en el intestino desprotegido, los jugos presentes en el estómago romperían la concentración de partículas y las empujarían hacia el intestino delgado como bolas individuales.
Previendo esta complicación, el equipo cubrió el núcleo absorbente con una capa de hidrogel compuesta por cadenas cristalinas nanoscópicas dispuestas en un patrón de inactividad.
El equipo probó la píldora recientemente diseñada en un entorno de laboratorio sumergiéndola en soluciones preparadas para imitar los líquidos ácidos que se encuentran en el estómago de la persona promedio. En solo 15 minutos, se observó que la píldora se hinchaba a aproximadamente 100 veces su tamaño normal (ver la imagen de arriba).
Según el equipo, la píldora expandida tenía una suavidad similar al tofu (pez globo en japonés), lo que la hace más compatible biológicamente que los plásticos y metales más duros utilizados en la producción de los sensores ingeribles disponibles en la actualidad.
A pesar de ser blanda, se encontró que el exterior del hidrogel era extremadamente resistente en las pruebas de esfuerzo. La píldora se comprimió con presiones miles de veces más altas que las contracciones que tienen lugar en un intestino humano sano.
"El estómago aplica de miles a millones de ciclos de carga para moler los alimentos", explica el coautor del estudio Shaoting Lin, estudiante de doctorado del Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT. "Y encontramos que incluso cuando hacemos un pequeño corte en la membrana, y luego lo estiramos y apretamos miles de veces, el corte no crece. Nuestro diseño es muy robusto".
Una vez que una píldora ha dejado de ser útil, los investigadores descubrieron que un paciente solo necesitaría beber una solución de iones de calcio para reducirla a su tamaño normal, permitiéndola hacer una salida natural a través de los intestinos y más allá.
Junto a las pruebas de laboratorio, la píldora también se sometió a pruebas en animales. Los investigadores incorporaron termómetros dentro de una serie de dispositivos y alimentaron con ellos a cerdos. Se descubrió que los sensores podían rastrear con precisión los patrones de actividad de los animales hasta por 30 días.
La píldora tiene el potencial de ser extremadamente versátil. Podría albergar cualquier cantidad de sensores, desde el tipo de termómetro empleado en las recientes pruebas, hasta el equipo utilizado para medir los niveles de pH o para buscar los biomarcadores de bacterias y virus presentes en el estómago.
Los investigadores creen que también podrían adjuntarse a la píldora pequeñas cámaras que serían capaces de controlar el crecimiento de úlceras y tumores. El sistema de administración también tiene el potencial de ofrecer un enfoque menos invasivo para el tratamiento de pérdida de peso con un balón gástrico, que actualmente requiere que se enhebre con un endoscopio un balón relativamente firme en la garganta de un paciente.
Un artículo que detalla el desarrollo ha sido publicado en la revista Nature Communications: Anti-fatigue-fracture hydrogels
