Учёные, исследование которых опубликовано в научном издании Science Robotics, считают, что данная разработка будет применяться для лечения желудочно-кишечных, психоневрологических и метаболических расстройств, включая расстройства, которые сопровождаются тошнотой и потерей аппетита, такие как кахексия, истощение организма. Оно характеризуется общей слабостью, резким снижением веса, и может возникнуть у пациентов с анорексией, онкологией и другими хроническими заболеваниями.
Copyright (c) 2020 anjahennern/Shutterstock
Австралийская колючая ящерица Moloch horridus вдохновила создателей капсулы FLASH.
– Проглатываемая таблетка, которая содержит электронику вместо химических веществ или препаратов, очень перспективна, – приводит издание GEN слова Халила Рамади, доцента Нью-Йоркского университета и научного сотрудника Женской больницы Бригхэма (Brigham and Woman's Hospital). – Это быстрый способ доставки целевых электрических импульсов к определённым клеткам ЖКТ. Система работает таким образом, чтобы можно было регулировать уровень определённых гормонов в организме.
Джованни Траверсо, гастроэнтеролог из Женской больницы Бригхэма (Brigham and Woman's Hospital), объясняет, что данная разработка – пример того, как мы можем взаимодействовать со слизистой оболочкой желудка и стимулировать выработку гормонов, необходимых для активации голода.
Халил Рамади и Джованни Траверсо, авторы данного исследования, пишут, что энтеральная нервная система (часть вегетативной нервной системы, регулирующая работу гладких мышц внутренних органов и активность слизистой оболочки. – Прим. ред.) контролирует все аспекты пищеварения, включая движение пищи по желудочно-кишечному тракту.
Во время исследования учёные использовали электрический зонд для подачи электрической стимуляции в желудки испытуемых свиней и обнаружили, что после 20 минут стимуляции уровень грелина, гормона, который вызывает чувство голода, в кровотоке значительно повысился. Также они выяснили, что электрическая стимуляция не приводит к какому-либо значительному воспалению или другим побочным эффектам.
После это они начали работу над устройством, которое можно проглотить, – электроцевтической капсулой, которая могла бы излучать сигналы и перемещаться по телу и затем естественным путём покинуть организм (электроцевтики – устройства, которые используют электрические сигналы для лечения различных заболеваний. – Прим. ред.).
Так учёные разработали проглатываемые капсулы FLASH, аккумулятора которых хватило для стимуляции в течение 20 минут. Они выводятся из организма примерно за две недели после приёма. На поверхности капсулы есть электроды, они стимулируют слизистую желудка электрическими сигналами, высвобождая гормон грелин.
Самым сложным оказалось создать сухую поверхность, с которой могут взаимодействовать электроды и которая сможет пережить испытания желудочным соком. И тут исследовали обратились к природе и вдохновились кожей австралийской ящерицы Moloch horridus, известной ещё как колючий дьявол.
Кожа этого пресмыкающегося, впитывающая жидкость, имеет ребристые чешуйки. Они позволяют лучше поглощать воду в засушливых регионах, где она и обитает. Когда ящерица касается воды каким-либо участком кожи, вода под действием капиллярных сил перемещается по каналам к её рту.
Так капсула FLASH получила специальную влагоотводящую поверхность с рифлёным рисунком и гидрофильной, то есть совместимой с водой поверхностью. Это позволяет ей вплотную взаимодействовать с тканью желудка.
Поверхность капсулы разрабатывали в Массачусетском технологическом институте.
– Эта поверхность может управлять жидкостью и предотвратить прикосновение электродов к ткани желудка, поэтому надёжно обеспечивать электрическую стимуляцию, – рассказал Джеймс Макрей, соавтор исследования, кандидат технических наук факультета машиностроения Массачусетского технологического института.
Халил Рамади отметил, что данная капсула – первое устройство в мировой медицинской практике, которое стимулирует выработку гормона грелина, активизируя собственные силы организма, без введения химических препаратов.
Подобные капсулы – совершенно новый путь и метод для медицины, как воздействовать на гормоны с помощью принимаемых внутрь электроцевтиков, не используя при этом лекарства. Халил Рамади, один из авторов исследования
Современные гормональные препараты, которые принимают, глотая лекарство и запивая водой, недостаточно эффективны. Учёные читают, что данная разработка открывает множество новых возможностей для исследования сложных взаимодействий между мозгом и ЖКТ, и в будущем её можно будет адаптировать для контроля и других гормонов, связанных с желудочно-кишечным трактом. Капсулу планируют протестировать на людях в течение трёх лет.