Капсулу з електростимулятором випробували у свинячому шлунку

Інженери з США, Данії та Швеції створили прототип капсули для електростимуляції стінки шлунка. Вона упаковується у розчинну оболонку і потрапляє в шлунок при ковтанні. Після розчинення оболонки капсула чіпляє до стінки шлунка електроди, а потім може від'єднатися для завершення роботи та виведення з організму. Розробники випробували прототип на свині та моделі людського шлунка, а також показали, що імпульси пристрою можна зчитувати за допомогою підшкірних електродів. Стаття про пристрій і його тестування опублікована в Science Advances.

У деяких людей внаслідок різних причин виникає гастропарез або схожі розлади, при яких знижується активність м'язів шлунка. Один зі способів лікування цих станів полягає в імплантації невеликого апарату поруч зі шлунком, який за допомогою електростимуляції змушує м'язи скорочуватися. Як і у випадку з іншими імплантатами (наприклад, кардіостимуляторами) його установка відбувається під час хірургічної операції, що завжди пов'язане з певним ризиком.

В останні кілька років вчені розробляють пристрої-пігулки, у вигляді капсул, призначені для діагностики або лікування захворювань шлунково-кишкового тракту. Один з таких пристроїв минулого року представила група на чолі з Джованні Траверсо (Giovanni Traverso) із Массачусетського технологічного інституту. Той пристрій було виконано у вигляді яйцевидної капсули з важкою сталевою підставою, завдяки якій капсула після потрапляння в шлунок орієнтувалася вертикально. Усередині капсули розташовувалася пружина, що спрацьовує через кілька хвилин після контакту зі шлунковим соком, і закріплена на ній голка з інсуліну.

У новій роботі група Траверсо використовувала стару конструкцію, але застосувала її для нової задачі — введення стимулюючих електродів в стінку шлунка. У новій капсулі, як і в минулій версії, є пружина, яка зафіксована в стислому стані за допомогою ізомальтіта, який зазвичай застосовують як підсолоджувач або основу для льодяників. Після потрапляння в шлунок Ізомальт розчиняється за кілька хвилин і пружина розправляється.

При розкритті пружини вона штовхає вперед два електроди, які входять в слизову оболонку, але не доходять до глибоких шарів стінки шлунка. Електроди з'єднані з блоком управління, який приєднаний до капсули за допомогою дротів. У блоці є акумулятор і мікроконтролер, який керує імпульсами, що викликають скорочення шлункової мускулатури. Перед прийомом пристрою, стимулююча капсула разом з блоком поміщаються в стандартну капсулу для ліків розміру 000 (26,1 міліметр в довжину і 9,9 в товщину). Через п'ять хвилин після потрапляння в шлунок вона майже повністю розчиняється.

Ще одна особливість розробки полягає в тому, що розробники навчилися спостерігати за роботою пристрою, не використовуючи при цьому модуль зв'язку. Замість цього вони запропонували відстежувати електричні імпульси за допомогою підшкірних електродів на руці або в іншій частині тіла.

Автори перевірили роботу пристрою in vivo на свині та ex vivo в людському шлунку. Тести показали, що після потрапляння в шлунок капсули орієнтуються в ньому належним чином і через 5-15 хвилин прикріпляють електроди до слизової оболонки. Інженери підтвердили коректну роботу пристрою двома способами: зареєструвавши електричні імпульси через підшкірні електроди, а також побачивши ритмічні скорочення шлункових м'язів за допомогою ультразвукового зонда.

Проте, поки пристрій не можна вважати готовим до використання або навіть тестів на живих людях. Наприклад, автори визнають, що не ставили в цій роботі завдання по розробці способу відділення капсули від стінки шлунка і безпечного виведення через шлунково-кишковий тракт. Але вони відзначили, що в наступних версіях це можна вирішити за допомогою актуатора для втягування електродів назад в капсулу або матеріалу електродів, який би розчинявся через деякий час.