Los dispositivos médicos inmanejables pueden desglosarse por la luz



Se puede insertar una variedad de dispositivos médicos en el tracto gastrointestinal para tratar, diagnosticar o controlar los trastornos gastrointestinales. Muchos de ellos deben eliminarse mediante cirugía endoscópica una vez que finalice su trabajo. Sin embargo, los ingenieros del MIT ahora han encontrado una manera de desencadenar la descomposición de dichos dispositivos dentro del cuerpo cuando se exponen a la luz de un LED inmanejable.

El nuevo enfoque se basa en un hidrogel fotosensible diseñado por investigadores. La incorporación de este material en dispositivos médicos podría evitar muchos procedimientos endoscópicos y brindaría a los médicos una forma más rápida y fácil de retirar los dispositivos cuando ya no se necesitan o no funcionan correctamente, dicen los médicos. los investigadores.

"Estamos desarrollando un conjunto de sistemas que pueden residir en el tracto gastrointestinal, y como parte de eso, estamos buscando desarrollar diferentes formas de activar el desmontaje de dispositivos en el tracto gastrointestinal sin la necesidad de un intervención mayor ", explica Giovanni Traverso, profesor asistente de ingeniería mecánica, gastroenterólogo del Hospital Brigham and Women y autor principal del estudio.

En un estudio sobre cerdos, los investigadores mostraron que los dispositivos fabricados con este hidrogel sensible a la luz pueden activarse para descomponerse después de ser expuestos a la luz azul o ultravioleta de un pequeño LED.

Ritu Raman, becario postdoctoral en el Instituto Koch para la Investigación Integral del Cáncer en el MIT, es el autor principal del documento, que se publica hoy en Avances científicos. Los otros autores del artículo son los ex asociados técnicos Tiffany Hua, Jianlin Zhou, Tina Esfandiary y Vance Soares; socios técnicos Declan Gwynne, Joy Collins y Siddartha Tamang; estudiante graduado Simo Pajovic; Alison Hayward, veterinaria en la división de medicina comparativa; y el profesor David H. Koch Institute, Robert Langer.

Falla bajo control

En los últimos años, Traverso y Langer han desarrollado numerosos dispositivos ingeribles diseñados para permanecer en el tracto gastrointestinal durante largos períodos de tiempo. También trabajaron en una variedad de estrategias para controlar la descomposición de estos dispositivos, incluidos los métodos basados ​​en cambios en el pH o la temperatura, o la exposición a ciertos productos químicos.

"Dado nuestro interés en desarrollar sistemas que puedan residir por largos períodos en el tracto gastrointestinal, continuamos estudiando una variedad de enfoques para facilitar la eliminación de estos sistemas en el evento o cuando ya no se necesitan ", dice Traverso. . "Realmente estamos viendo los diferentes factores desencadenantes y su rendimiento, y si podemos aplicarlos a diferentes parámetros".

En este estudio, los investigadores exploraron un disparador basado en la luz que creían que podía ofrecer algunas ventajas sobre sus enfoques anteriores. Una ventaja potencial es que la luz puede actuar desde la distancia y no necesita entrar en contacto directo con el material a descomponer. Además, la luz normalmente no ingresa al tracto gastrointestinal, por lo que no hay riesgo de activación accidental.

Para crear el nuevo material, Raman diseñó un hidrogel fotosensible basado en un material desarrollado en el laboratorio de Kristi Anseth, un ex becario postdoctoral en el laboratorio Langer que ahora es profesor de ingeniería química y biológica en la Universidad de Colorado en Boulder. Este gel de polímero incluye un enlace químico que se rompe cuando se expone a una longitud de onda de luz entre 405 y 365 nanómetros (azul a ultravioleta).

Raman decidió que, en lugar de hacer un material compuesto exclusivamente por este polímero sensible a la luz, lo usaría para unir componentes más fuertes como la poliacrilamida. Esto hace que el material en general sea más duradero, pero aún así le permite romperse o debilitarse cuando se expone a la longitud de onda correcta de la luz. También construyó el material como una "doble red", en la cual una red de polímeros rodea a otra.

"Se forma una red de polímeros y luego se forma otra red de polímeros a su alrededor, por lo que está realmente enredado. Esto lo hace muy fuerte y elástico", dice Raman.

Las propiedades del material se pueden ajustar variando la composición del gel. Cuando el conector fotosensible constituye un porcentaje más alto del material, se descompone más rápido en respuesta a la luz, pero también es más débil mecánicamente. Los investigadores también pueden controlar el tiempo que lleva descomponer el material utilizando diferentes longitudes de onda de luz. La luz azul funciona más lentamente pero presenta menos riesgo para las células susceptibles al daño de la luz ultravioleta.

Desinflado por la luz

El gel y sus productos de descomposición son biocompatibles y el gel se puede moldear fácilmente en una variedad de formas. En este estudio, los investigadores lo usaron para demostrar dos posibles aplicaciones: una articulación para un balón bariátrico y un stent esofágico. Los globos bariátricos estándar, que a veces se usan para ayudar a tratar la obesidad, se hinchan en el estómago del paciente y se llenan de solución salina. Después de unos seis meses, se extrae el globo mediante cirugía endoscópica.

Por otro lado, el globo bariátrico diseñado por el equipo del MIT se puede desinflar exponiendo la articulación a una pequeña luz LED, que en principio sería tragada y luego evacuada del cuerpo. Su globo está hecho de látex y lleno de poliacrilato de sodio, que absorbe agua. En este estudio, los investigadores probaron los globos en cerdos y descubrieron que los globos se hincharon tan pronto como se colocaron en el estómago. Cuando se colocó una pequeña luz LED azul inmanejable en el estómago durante aproximadamente seis horas, los globos se desinflaron lentamente. Con una luz más potente, el material falló en 30 minutos.

Los investigadores también moldearon el gel fotosensible en un stent esofágico. Estos stents a veces se usan para ayudar a tratar el cáncer de esófago u otros trastornos que causan el estrechamiento del esófago. Una versión activada por la luz podría descomponerse y pasar a través del tracto digestivo cuando ya no sea necesaria.

Además de estas dos aplicaciones, este enfoque podría usarse para crear otros tipos de dispositivos degradables, como los vehículos para administrar medicamentos al tracto gastrointestinal, según los investigadores.

"Este estudio es una prueba de concepto de que podemos crear este tipo de material, y ahora estamos pensando cuáles son las mejores aplicaciones para él", dice Traverso.

La investigación fue financiada por los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación Bill y Melinda Gates, la subvención de apoyo (base) del Instituto Koch del Instituto Nacional del Cáncer y una subvención AAAS L’Oréal USA para Mujeres en la Ciencia.

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