Các nhà nghiên cứu tại MIT, Draper, và Brigham và Bệnh viện Phụ nữ đã thiết kế một viên nang đưa qua đường ăn uống có thể điều khiển bằng công nghệ không dây Bluetooth. Viên nang có thể được tùy chỉnh để mang thuốc, đo đạc điều kiện môi trường hoặc cả hai, có thể nằm trong dạ dày ít nhất một tháng, truyền thông tin và phản hồi hướng dẫn từ điện thoại thông minh của người dùng.

            Ảnh: Cảm biến đưa vào dạ dày qua đường ăn uống trong vài tuần và kết nối không dây với một thiết bị bên ngoài.

Những viên nang này được sản xuất bằng công nghệ in 3-D, có thể dùng để mang những liều thuốc điều trị nhiều loại bệnh, đặc biệt trong trường hợp phải dùng thuốc trong một thời gian dài. Chúng cũng có thể được thiết kế để phát hiện nhiễm trùng, phản ứng dị ứng hoặc các loại bệnh khác và sau đó giải phóng một loại thuốc để đáp ứng.

“Hệ thống của chúng tôi có thể cung cấp việc theo dõi và điều trị theo chu trình kín, theo đó tín hiệu có thể giúp định hình việc cấp thuốc hoặc điều chỉnh liều lượng thuốc”, theo ông Jac Traverso, nhà khoa học tại Khoa Cơ khí của MIT.

Những thiết bị này cũng có thể được sử dụng để liên lạc với các thiết bị y tế đeo và cấy ghép khác, có thể lưu trữ thông tin để truyền đến điện thoại thông minh của bệnh nhân.

Robert Langer, Giáo sư Viện David H. Koch và là thành viên của Viện Tích hợp MIT của MIT cho biết, chúng tôi rất vui mừng về công nghệ in 3-D này và làm thế nào các công nghệ đưa thiết bị vào dạ dày có thể giúp mọi người.

Kết nối không dây

Trong nhiều năm qua, Langer, Traverso (tác giả cao cấp) và các đồng nghiệp của họ đã nghiên cứu nhiều loại cảm biến ăn vào và viên nang phân phối thuốc mà họ tin rằng sẽ hữu ích cho việc cung cấp thuốc dài hạn hiện phải tiêm. Họ cũng có thể giúp bệnh nhân duy trì chế độ dùng thuốc nghiêm ngặt cần thiết cho bệnh nhân nhiễm HIV hoặc sốt rét.

Trong nghiên cứu mới nhất của họ, các nhà nghiên cứu đã bắt đầu kết hợp nhiều tính năng mà họ đã phát triển trước đó. Năm 2016, các nhà nghiên cứu đã thiết kế một viên nang hình ngôi sao với sáu cánh tay gập lại trước khi được bọc trong một viên nang mịn. Sau khi người dùng nuốt vào, viên nang tan ra và cánh tay mở rộng, cho phép thiết bị nằm gọn trong dạ dày. Tương tự, thiết bị mới mở ra thành hình chữ Y sau khi nuốt. Điều này cho phép thiết bị giữ được dạ dày trong khoảng một tháng, trước khi nó vỡ thành những mảnh nhỏ hơn và đi qua đường tiêu hóa.

Một trong những cánh tay này bao gồm bốn ngăn nhỏ có thể chứa nhiều loại thuốc. Những loại thuốc này có thể được đóng gói trong các polyme cho phép chúng được cấp dần dần trong vài ngày. Các nhà nghiên cứu cũng dự đoán rằng họ có thể thiết kế các ngăn được mở từ xa thông qua giao tiếp Bluetooth không dây.

Thiết bị cũng có thể mang các cảm biến theo dõi môi trường dạ dày và thông tin chuyển tiếp thông qua tín hiệu không dây. Trong nghiên cứu trước đây, các nhà nghiên cứu đã thiết kế các cảm biến có thể phát hiện các dấu hiệu quan trọng như nhịp tim và nhịp thở. Trong nghiên cứu này, họ đã chứng minh rằng viên nang có thể được sử dụng để theo dõi nhiệt độ và chuyển thông tin đó trực tiếp đến điện thoại thông minh trong chiều dài cánh tay.

Phạm vi kết nối giới hạn là một cải tiến bảo mật mong muốn, theo Kong. Việc tự cách ly cường độ tín hiệu không dây trong không gian vật lý của người dùng có thể bảo vệ thiết bị khỏi các kết nối không mong muốn, mang lại sự cách ly vật lý để bảo vệ quyền riêng tư và bảo mật bổ sung.

Để cho phép sản xuất tất cả các yếu tố phức tạp này, các nhà nghiên cứu đã quyết định in 3-D các viên nang. Cách tiếp cận này cho phép họ dễ dàng kết hợp tất cả các thành phần khác nhau được mang theo trong viên nang và chế tạo viên nang từ các lớp polyme cứng và dẻo xen kẽ, giúp nó chịu được môi trường axit của dạ dày.

In đa vật liệu của In ấn 3D là một công nghệ sản xuất rất linh hoạt, có thể tạo ra các kiến ​​trúc đa năng độc đáo và các thiết bị chức năng, không thể chế tạo bằng các kỹ thuật sản xuất thông thường, theo Kong. Chúng tôi có thể tạo ra các thiết bị điện tử ăn vào tùy chỉnh trong đó thời gian cư trú của dạ dày có thể được điều chỉnh dựa trên một ứng dụng y tế cụ thể, điều này có thể dẫn đến chẩn đoán và điều trị cá nhân có thể truy cập rộng rãi.

Phản ứng sớm

Các nhà nghiên cứu hình dung rằng loại cảm biến này có thể được sử dụng để chẩn đoán các dấu hiệu sớm của bệnh và sau đó đáp ứng với thuốc thích hợp. Ví dụ, nó có thể được sử dụng để theo dõi một số người có nguy cơ nhiễm trùng cao, chẳng hạn như bệnh nhân đang dùng hóa trị liệu hoặc thuốc ức chế miễn dịch. Nếu nhiễm trùng được phát hiện, viên nang có thể bắt đầu giải phóng kháng sinh. Hoặc, thiết bị có thể được thiết kế để giải phóng thuốc kháng histamine khi phát hiện phản ứng dị ứng.

“Chúng tôi thực sự rất phấn khích về tiềm năng cho các thiết bị điện tử nội trú dạ dày đóng vai trò là nền tảng cho sức khỏe di động để giúp đỡ bệnh nhân từ xa”, tác giả nói.

Phiên bản hiện tại của thiết bị được cung cấp bởi một pin oxit bạc nhỏ. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đang khám phá khả năng thay thế pin bằng các nguồn năng lượng thay thế, chẳng hạn như ăng ten ngoài hoặc axit dạ dày.

Các nhà nghiên cứu cũng đang nghiên cứu phát triển các loại cảm biến khác có thể được tích hợp vào viên nang. Trong bài báo này, họ đã thử nghiệm cảm biến nhiệt độ ở những con lợn và họ ước tính trong vòng khoảng hai năm, họ có thể bắt đầu thử nghiệm cảm biến ăn vào ở bệnh nhân người. Họ đã ra mắt một công ty đang nghiên cứu phát triển công nghệ cho con người.

Nghiên cứu được tài trợ bởi Quỹ Bill và Melinda Gates và Viện sức khỏe quốc gia thông qua Draper.