Dieser winzige Roboter könnte die Medizin für immer verändern

Dieser winzige Roboter könnte die Medizin für immer verändern

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Sie wahrscheinlich nicht verbringen Sie viel Zeit damit, sich zu fragen, wie hart Ihr Magen arbeitet, um Ihre Nahrung abzubauen. Lebensmittel kommen rein, Abfall raus, und wenn alles so funktioniert, wie es soll, macht man sich wahrscheinlich nicht viele Gedanken.

Aber im Magen herrscht eine stark saure Umgebung; Diese Qualität ist entscheidend für den Abbau von Lebensmitteln und bietet einen gewissen Schutz gegen einige Bakterien oder andere Krankheitserreger, die in unsere Lebensmittel eindringen könnten.

Darmmikrobiota und abbauende Enzyme bauen Nahrungspartikel weiter ab – zusammen hilft uns diese Symphonie der Zersetzung dabei, die Nährstoffe aufzunehmen, die wir brauchen, und auszuscheiden, was wir nicht brauchen.

Aber unsere interne Zersetzungsmaschine ist es nicht stets hilfreich. Zum Beispiel kann es eine Herausforderung für orale Medikamente darstellen, die nur versuchen, ihre Arbeit zu tun.

Das Verdauungssystem ist darauf ausgelegt, Dinge abzubauen und alles, was nicht so aussieht, als ob es im Darm sein sollte, daran zu hindern, in den Darm aufgenommen zu werden; Die Entwicklung von Medikamenten, die in diesem Ökosystem stabil bleiben können, kann schwierig sein. Aus diesem Grund werden einige Medikamente wie Insulin subkutan injiziert, was für manche Menschen belastend und unangenehm sein kann.

Das hier abgebildete kleine RoboCap-Gerät könnte Medikamente wirksamer machen, Geld sparen und das Gesundheitswesen revolutionieren.TRAVERSO LAB/MIT UND BWH

Aber was wäre, wenn ein Roboter die Zersetzungshindernisse des Verdauungssystems umgehen und Medikamente direkt in den (Dünn-)Darm transportieren könnte, wo sie am wahrscheinlichsten aufgenommen werden?

Es mag nicht von dieser Welt erscheinen, aber Forscher des Massachusetts Institute of Technology und des Brigham and Women’s Hospital an der Harvard Medical School in Boston haben möglicherweise genau das erreicht. Die Ergebnisse ihrer vorklinischen Tests des Geräts mit dem Namen RoboCap wurden am Mittwoch in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaftliche Robotik.

Hier ist der Hintergrund Damit ein Medikament in den Darm gelangt, wo es schließlich in den Blutkreislauf aufgenommen werden kann, muss es eine Reihe von Herausforderungen bewältigen.

Abgesehen davon, dass das Medikament die raue saure Umgebung des Magens übersteht und unter den Darmbakterien stabil bleibt, muss das Medikament laut Shriya Srinivasan, einem Forscher, „den Effluxpumpen ausweichen, die spezielle Proteine ​​​​sind, die buchstäblich versuchen, Dinge zurück in den Dünndarm zu drücken“. am MIT und Erstautor der Studie.

Das vielleicht größte Hindernis: „Diese dicke Schleimschicht sitzt direkt über all den Zellen, wo viele Medikamente einfach eingeschlossen werden und nicht in den Dünndarm gelangen“, sagt sie.

Die Ausflusspumpen sind spezielle Proteine, die die Medikamente, die wir zu verdauen versuchen, behindern können.Shutterstock

Nach der Schleimschicht treffen Medikamente auf intrazelluläre Tight Junctions, winzige Zwischenräume, die gefährliche Krankheitserreger fernhalten sollen. Einige Substanzen, die es besonders schwer haben, diese Schleimschicht zu entfernen, wie Insulin und ein Antibiotikum namens Vancomycin, sind Moleküle, die zu groß sind, um durch diese engen Verbindungen zu passen.

In einigen Fällen, so Srinivasan, „dringen nur einige der Moleküle durch und werden in den Blutkreislauf absorbiert, und der Rest wird ausgeschieden.“ Das ist nicht nur ineffizient – ​​es ist teuer. „Wenn Sie 10 Moleküle von etwas nehmen und nur eines durchkommt, zahlen Sie immer noch für die anderen neun“, sagt sie.

Aber ein High-Tech-Verabreichungssystem könnte sicherstellen, dass das Medikament sicher durch den Magen wandert, die Schleimbarriere passiert und in den Blutkreislauf gleitet. Dies könnte eine kostengünstigere, gezieltere Dosierung erreichen und mehr orale Medikamente ermöglichen, die für Patienten einfacher zu verabreichen sind.

Srinivasan und ihre Kollegen machten sich daran, genau dieses System zu erfinden.

Was sie getan haben – Srinivasan sagt, sie hatte ihren Aha-Moment, als sie sich Videos über Tunnelbaumaschinen ansah, die das Vereinigte Königreich unterirdisch mit Europa verbanden.

„Ich dachte, wie interessant, was wäre, wenn wir das tun könnten, um durch Schleim zu tunneln“, sagt sie. So konzipierten sie und ihre Kollegen den „Rollover Path“ des RoboCap, bei dem Motor, Batterien und elektronische Komponenten in einer Gelatinekapsel eingeschlossen sind, die etwa die Größe eines großen Multivitamins hat.

Die Zotten, das sind Strukturen im Dünndarm, die Nährstoffe aufnehmen, helfen dem RoboCap bei seiner Arbeit.Shutterstock

Der pH-Wert des Dünndarms aktiviert dann die Turbinenlamellen des RoboCap, die im Wesentlichen spitze Strukturen im Dünndarm, sogenannte Zotten, abstoßen, die Nährstoffe absorbieren. Dann greifen die kleinen Noppen der Kapsel den Schleim und bürsten ihn ab.

Dadurch kann RoboCap den Schleim passieren und das Medikament direkt auf das Epithel abgeben, wo es vollständig absorbiert werden kann.

Schließlich scheidet der Körper den Rest des RoboCap als Abfall aus.

Was sie fanden – In einem Schweinemodell machte der RoboCao Vancomycin 20- bis 40-mal resorbierbarer im Vergleich zu einer Standard-Pillenverabreichungsmethode. Bei Insulin stieg die Bioverfügbarkeit um mehr als das 10-fache im Vergleich zu einer standardmäßigen oralen Verabreichungsmethode.

„Wenn wir Tieren oral Insulin verabreichen, wird es kaum aufgenommen“, sagt Srinivasan. „Der Blutzucker verändert sich kaum. Wenn wir durch den RoboCap geben, erhalten Sie eine deutliche Abnahme [in blood glucose]. „Das bedeutet, dass Patienten, die Insulin spritzen, es möglicherweise oral einnehmen können, anstatt es zu spritzen.“

Was kommt als nächstes – Obwohl weitere Tests durchgeführt werden müssen, um die Sicherheit und Wirksamkeit des RoboCap zu gewährleisten, scheinen diese präklinischen Studien vielversprechend zu sein.

Srinivasan sagt, sie verstehe, dass einige vielleicht zögern, etwas mit einer Batterie zu schlucken, aber „die elektromechanischen Komponenten sind so abgedichtet, dass selbst wenn man sie viele, viele Wochen lang unter Wasser halten würde, es nicht nur so ist, dass man es nicht tut irgendwelche negativen Auswirkungen haben wird. Bei einigen Tieren war es sieben bis zehn Tage im System vorhanden. Wir haben immer noch keine negativen Nebenwirkungen gesehen.“

Sie und ihre Kollegen hoffen auf eine Partnerschaft mit einem Pharmaunternehmen, das helfen könnte, ihre Forschung in klinische Studien zu überführen. Sie glaubt, dass diese Art von Gerät die Industrie sicherlich ansprechen könnte.

„Jedes Jahr werden viele Medikamente und Millionen von Dollar verschwendet, weil [drug trials] erreichen die allerletzten Stadien, und sie wirken tatsächlich auf zellulärer Ebene. Aber bis Sie sie durch die Bandbreite der Herausforderungen führen, die sie durchmachen müssen, um tatsächlich absorbiert zu werden, schaffen sie es nicht.

Das ist ein kostspieliges Problem, das weltweit schädliche gesundheitliche Folgen hat. Aber mit etwas Glück und vielen erfolgreichen Versuchen könnte der mutige kleine RoboCap helfen, es zu lösen.

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