Глотаемую капсулу с электростимулятором испытали в свином желудке

Инженеры из США, Дании и Швеции создали прототип капсулы для электростимуляции стенки желудка. Она упаковывается в растворимую оболочку и попадает в желудок при глотании. После растворения оболочки капсула внедряет в стенку желудка электроды, а затем может отсоединиться для завершения работы и вывода из организма. Разработчики испытали прототип на свинье и модели человеческого желудка, а также показали, что импульсы устройства можно считывать с помощью подкожных электродов. Статья об устройстве и его тестировании опубликована в Science Advances.

У некоторых людей вследствие разных причин возникает гастропарез или схожие расстройства, при которых снижается активность мышц желудка. Один из способов лечения этих состояний заключается в имплантации небольшого аппарата рядом с желудком, который при помощи электростимуляции заставляет мышцы сокращаться. Как и в случае с другими имплантатами (например, кардиостимуляторами) его установка происходит во время хирургической операции, что всегда сопряжено с некоторым риском.

В последние несколько лет ученые разрабатывают глотаемые устройства в виде капсул, предназначенные для диагностики или лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта. Одно из таких устройств в прошлом году представила группа во главе с Джованни Траверсо (Giovanni Traverso) из Массачусетского технологического института. То устройство было выполнено в виде яйцевидной капсулы с тяжелым стальным основанием, благодаря которому капсула после попадания в желудок ориентировалась вертикально. Внутри капсулы располагалась пружина, срабатывающая через несколько минут после контакта с желудочным соком, и закрепленная на ней игла из инсулина.

В новой работе группа Траверсо использовала старую конструкцию, но применила ее для новой задачи — ввода стимулирующих электродов в стенку желудка. В новой капсуле, как и в прошлой версии, есть пружина, которая зафиксирована в сжатом состоянии с помощью изомальтита, который обычно применяют как подсластитель или основу для леденцов. После попадания в желудок изомальтит растворяется за несколько минут и пружина расправляется.

При расправлении пружины она толкает вперед два электрода, которые входят в слизистую оболочку, но не доходят до глубоких слоев стенки желудка. Электроды соединены с блоком управления, который присоединен к капсуле при помощи проводов. В блоке есть аккумулятор и микроконтроллер, который управляет импульсами, вызывающими сокращения желудочной мускулатуры. Перед приемом устройства стимулирующая капсула вместе с блоком помещаются в стандартную капсулу для лекарств размера 000 (26,1 миллиметр в длину и 9,9 в толщину). Через пять минут после попадания в желудок она почти полностью растворяется.

Еще одна особенность разработки заключается в том, что разработчики научились наблюдать за работой устройства, не используя при этом модуль связи. Вместо этого они предложили отслеживать электрические импульсы с помощью подкожных электродов на руке или в другой части тела.

Авторы проверили работу устройства in vivo на свинье и ex vivo в человеческом желудке. Тесты показали, что после попадания в желудок капсулы ориентируются в нем должным образом и через 5-15 минут внедряют электроды в слизистую оболочку. Инженеры подтвердили корректную работу устройства двумя способами: зарегистрировав электрические импульсы через подкожные электроды, а также увидев ритмичные сокращения желудочных мышц с помощью ультразвукового зонда.

Тем не менее, пока устройство нельзя считать готовым к использованию или даже тестам на живых людях. Например, авторы признают, что не ставили в этой работе задачу по разработке способа отделения капсулы от стенки желудка и безопасного вывода через желудочно-кишечный тракт. Но они отметили, что в следующих версиях это можно решить с помощью актуатора для втягивания электродов обратно в капсулу или материала электродов, который бы растворялся через некоторое время.

Недавно китайские ученые представили другое неинвазивное устройство для лечения расстройств и заболеваний желудка. Они создали эндоскоп с 3D-принтером на конце, который может печатать слоистые «заплатки» на ранах желудочной стенки, используя для этого гидрогели с клетками эпителия и мышц.

Григорий Копиев