Se puede insertar una variedad de dispositivos médicos en el tracto gastrointestinal para tratar, diagnosticar o controlar los trastornos gastrointestinales. Muchos de estos tienen que ser eliminados mediante cirugía endoscópica una vez que se realiza su trabajo. Sin embargo, los ingenieros del MIT ahora han encontrado unforma de activar dichos dispositivos para que se rompan dentro del cuerpo cuando están expuestos a la luz de un LED ingerible.
El nuevo enfoque se basa en un hidrogel sensible a la luz que los investigadores diseñaron. La incorporación de este material en dispositivos médicos podría evitar muchos procedimientos endoscópicos y brindaría a los médicos una forma más rápida y fácil de quitar dispositivos cuando ya no se necesitan o nofuncionando correctamente, dicen los investigadores.
"Estamos desarrollando un conjunto de sistemas que pueden residir en el tracto gastrointestinal, y como parte de eso, estamos buscando desarrollar diferentes formas en que podamos desencadenar el desmontaje de dispositivos en el tracto gastrointestinal sin el requisito de unprocedimiento principal ", dice Giovanni Traverso, profesor asistente de ingeniería mecánica, gastroenterólogo del Hospital Brigham and Women's y autor principal del estudio.
En un estudio en cerdos, los investigadores mostraron que los dispositivos fabricados con este hidrogel sensible a la luz pueden activarse para descomponerse después de ser expuestos a la luz azul o ultravioleta de un pequeño LED.
Ritu Raman, un postdoc en el Instituto Koch para la Investigación Integral del Cáncer del MIT, es el autor principal del artículo, que aparece hoy en Avances científicos . Otros autores del artículo son los ex asociados técnicos Tiffany Hua, Jianlin Zhou, Tina Esfandiary y Vance Soares; los asociados técnicos Declan Gwynne, Joy Collins y Siddartha Tamang; el estudiante graduado Simo Pajovic; la veterinaria de la División de Medicina Comparativa Alison Hayward;y el profesor del Instituto David H. Koch Robert Langer.
Desglose controlado
En los últimos años, Traverso y Langer han desarrollado muchos dispositivos ingeribles diseñados para permanecer en el tracto gastrointestinal durante largos períodos de tiempo. También han trabajado en una variedad de estrategias para controlar la falla de dichos dispositivos, incluidos métodos basados encambios en el pH o la temperatura, o exposición a ciertos químicos.
"Dado nuestro interés en desarrollar sistemas que puedan residir por períodos prolongados en el tracto gastrointestinal, continuamos investigando una variedad de enfoques para facilitar la eliminación de estos sistemas en caso de reacción adversa o cuando ya no son necesarios".Traverso dice: "Realmente estamos viendo diferentes factores desencadenantes y cómo funcionan, y si podemos aplicarlos a diferentes configuraciones".
En este estudio, los investigadores exploraron un disparador basado en la luz, que creían que podría ofrecer algunas ventajas sobre sus enfoques anteriores. Una ventaja potencial es que la luz puede actuar a distancia y no necesita entrar en contacto directo con elel material se descompone. Además, la luz normalmente no penetra en el tracto gastrointestinal, por lo que no hay posibilidad de activación accidental.
Para crear el nuevo material, Raman diseñó un hidrogel sensible a la luz basado en un material desarrollado en el laboratorio de Kristi Anseth, un ex postdoc de Langer que ahora es profesor de ingeniería química y biológica en la Universidad de Colorado en Boulder.Este gel de polímero incluye un enlace químico que se rompe cuando se expone a una longitud de onda de luz entre 405 y 365 nanómetros azul a ultravioleta.
Raman decidió que, en lugar de hacer un material compuesto exclusivamente por ese polímero sensible a la luz, lo usaría para unir componentes más fuertes como la poliacrilamida. Esto hace que el material en general sea más duradero, pero aún así permite que se rompa o debilite cuando se exponea la derecha longitud de onda de la luz. Ella también construyó el material como una "doble red", en la cual una red de polímero rodea a otra.
"Estás formando una red de polímeros y luego formando otra red de polímeros a su alrededor, por lo que está realmente enredado. Eso lo hace muy resistente y elástico", dice Raman.
Las propiedades del material pueden ajustarse variando la composición del gel. Cuando el conector sensible a la luz constituye un porcentaje mayor del material, se descompone más rápido en respuesta a la luz pero también es mecánicamente más débil. Los investigadores también pueden controlarcuánto tiempo demora descomponer el material utilizando diferentes longitudes de onda de luz. La luz azul funciona más lentamente pero presenta menos riesgo para las células que son sensibles al daño de la luz ultravioleta.
desinflado por la luz
El gel y sus productos de descomposición son biocompatibles, y el gel se puede moldear fácilmente en una variedad de formas. En este estudio, los investigadores lo usaron para demostrar dos posibles aplicaciones: un sello para un globo bariátrico y un stent esofágico. EstándarLos globos bariátricos, que a veces se usan para ayudar a tratar la obesidad, se inflan en el estómago del paciente y se llenan con solución salina. Después de aproximadamente seis meses, el globo se extrae mediante cirugía endoscópica.
En contraste, el globo bariátrico que diseñó el equipo del MIT se puede desinflar exponiendo el sello a una pequeña luz LED, que en principio se tragaría y luego saldría del cuerpo. Su globo está hecho de látex y lleno de sodiopoliacrilato, que absorbe agua. En este estudio, los investigadores probaron los globos en cerdos y descubrieron que los globos se hincharon tan pronto como se colocaron en el estómago. Cuando se colocó un pequeño LED ingerible que emitía luz azul en el estómago durante aproximadamenteseis horas, los globos se desinflaron lentamente. Con una luz de mayor potencia, el material se descompuso en 30 minutos.
Los investigadores también moldearon el gel sensible a la luz en un stent esofágico. Estos stents a veces se usan para ayudar a tratar el cáncer de esófago u otros trastornos que causan un estrechamiento del esófago. Una versión activable por la luz podría descomponerse y pasar a través deltracto digestivo cuando ya no es necesario.
Además de esas dos aplicaciones, este enfoque podría usarse para crear otros tipos de dispositivos degradables, como vehículos para administrar medicamentos al tracto gastrointestinal, según los investigadores.
"Este estudio es una prueba de concepto de que podemos crear este tipo de material, y ahora estamos pensando en cuáles son las mejores aplicaciones para él", dice Traverso.
La investigación fue financiada por los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación Bill y Melinda Gates, la Beca de Apoyo principal del Instituto Koch del Instituto Nacional del Cáncer y una beca AAAS L'Oréal USA para Mujeres en la Ciencia.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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