GasztroHírek  » 

Hidrogéles szenzor figyeli gyomrunk egészségét

Hidrogéles szenzor figyeli gyomrunk egészségét

2019.04.17.  | Orbán Szilvia

Az egyik legnevesebb elitegyetem mérnökei kifejlesztettek egy lenyelhető, gyomorban megduzzadó zselés pirulát, amely képes hosszú távon is a gyomor nem túl barátságos közegében maradni, és ott vizsgálódni.

A találmányról

A puha eszközzel lehetségessé válik az eldugott fekélyek, rákos sejtburjánzások, és más, az emésztési rendszert érintő kóros állapotok feltérképezése, írja a ScienceDaily.

A Massachusetts Institute of Technology (MIT) mérnökeinek egy olyan, zselészerű pirulát sikerült megalkotniuk, amely amint eléri a gyomrot, gyorsan pingponglabda nagyságúra dagad – ez a méret pedig már elég nagy ahhoz, hogy hosszabb távon is képes legyen a gyomorban maradni.

A lenyelhető pirulában egy apró szenzor rejtőzik, amely 30 napon át folyamatosan a gyomor hőmérsékletét figyeli. Ha a műszer elvégezte a feladatát, a páciensnek nincs más teendője, mint meginni egy kalciumos oldatot, amelytől a zselés anyagú kis labda ismét az eredeti méretére zsugorodik, majd gond nélkül, biztonságosan áthalad az emésztőcsatornán.

A pirula kétféle hidrogélből – víz és polimerek keverékéből – áll, ettől lesz vizenyős, puha, géles állagú. A kombinációnak köszönhetően az eszköz lenyelve rendkívül gyorsan képes megdagadni, ám egyben elképesztően ellenálló is marad a tajtékzó savas környezettel szemben.

Az innováció lényege, hogy az új, hidrogél alapú dizájn puhább, biokompatibilisebb és strapabíróbb a jelenleg elérhető, lenyelhető szenzorokhoz képest, amelyek ráadásul csupán néhány napot képesek túlélni a gyomorban.

„Az volt az álmunk, hogy egy olyan, zselészerű anyaggal bevont okospirulát tervezzünk, amely lenyelés után hosszú távon – minimum egy hónapon át – képes a gyomorban maradni, és a páciens egészségi állapotát tanulmányozni” – magyarázta Xuanhe Zhao, az MIT gépészmérnök professzora, aki munkatársaival közösen, néhány hete publikálta a csapat eredményeit a Nature Communications nevű tudományos folyóiratban.

Pirulák, pingponglabdák, gömbhalak

Az új eszköz megtervezéséhez az inspirációt a gömbhal védekezési mechanizmusa adta: az alapvetően lassú mozgású hal fenyegetettség esetén villámgyorsan tüskés lufivá változik, úgy, hogy egy nagyobb mennyiségű vizet szippant magába. Épp valami ilyesmit keresett Zhao professzor, amikor a hidrogél alapú pirula megalkotásán gondolkodni kezdett.

A tudósnak és csapatának olyan megoldásra volt szüksége, amely elég puha és flexibilis, mégis rendkívül ellenálló, s egyben képes egy szenzor sérülésmentes hordozására is, akár egy viszonylag hosszabb időszakon keresztül.

Hamar rájöttek, hogy ha az eszköz elég kicsi ahhoz, hogy a páciens könnyen lenyelhesse, és ne akadjon meg a nyelőcsőben, akkor sajnos a gyomron is át fog haladni. A tudósoknak tehát egy olyan pirulát kellett kitalálniuk, amely a gyomrot elérve gyorsan megtöbbszörözi a méretét, ezzel megakadályozva, hogy az emésztőrendszerben továbbhaladjon.

„Jelenleg, amikor gyorsan dagadó géleket terveznek, a tudósok a diffúzió eszközéhez nyúlnak: ilyenkor a víz fokozatosan szétárad a hidrogél hálózatban” – ecseteli a csapat egyik tagja. „De hogy valami pingponglabda méretűvé duzzadjon, az általában órákat, sőt inkább napokat vesz igénybe – ez pedig hosszabb, mint a gyomor kiürülésének ideje.”

A tudósok figyelme éppen ezért fordult a gömbhalak felé, hiszen egy olyan megoldásra volt szükségük, amellyel a hidrogél pirula az eddig megszokottnál jóval gyorsabban képes felfúvódni; pont olyan gyorsan, mint egy zaklatott gömbhal.

Lenyelhető műszer

A dizájn, ami mellett a csapat végül kikötött, egy apró, zselészerű kapszula, amelyet két hidrogél kombinációja alkot. A szenzort közvetlenül körülvevő, belső anyag a szodium-poliakrilát, amelynek szuper folyadékfelszívó tulajdonságait a mindennapi életben a gyártók például pelenkákban kamatoztatják.

A kutatók azonban rájöttek, hogy ha a kapszula csak ebből az anyagból állna, folyadékkal érintkezve gyakorlatilag azonnal darabokra hullana, és különálló gyöngyök formájában simán áthaladna a gyomron. Ezért szükség volt egy második, védelmező hidrogél rétegre, amely magába zárja a gyorsan dagadó, de sérülékeny anyagot. Ezt a külső membránt nanoszkópikus kristályláncok tömege alkotja, amelynek elemei csaknem áthatolhatatlan mintában kapcsolódnak egymáshoz.

„Ez a réteg teszi a kapszulát extrém módon erőssé, ugyanakkor viszont puhává is” – magyarázzák a tudósok, akik laboratóriumi körülmények között, a gyomornedvekhez hasonló folyadékok több változatában is tesztelték eszközüket. A pirula nagyjából 15 perc alatt eredeti méretének százszorosára képes duzzadni – ez jóval gyorsabb tempó, mint amire a jelenlegi hidrogélek képesek. A felfújódott kapszula puhasága nagyjából egy zselé vagy a tofu állagához hasonlítható, azonban ennek ellenére egyben meglepően ellenálló is.

Hogy ellenálló képességét teszteljék, az eszközt több ezer alkalommal nyomták össze mechanikusan, ráadásul jóval nagyobb erővel, mint amilyet majd a gyomorban, annak összehúzódásakor ki kell állnia.



„A gyomor milliónyi körkörös nyomással tereli lefelé a belekerült élelmet” – fogalmaz a professzor. „Még abban az esetben is, amikor apró vágást ejtettünk a kapszula membránjának felületén, azt találtuk, hogy a komoly fizikai erőhatások ellenére is ellenálló maradt, s a repedés mérete sem növekedett. Ez egy nagyon erős kis eszköz.”

A kutatók meghatározták azt a kalciumos oldatot is, amely – ha a páciens megissza – könnyen visszazsugoríthatja a megdagadt műszert, amely így már gond nélkül folytathatja útját az emésztőcsatornában.

Maga a szenzor egyébként, amely a tudományos méréseket végzi, egy, a hőmérséklet megmérésére és tárolására képes apró eszköz. A kísérletek során a szenzorral ellátott kapszulákat sertésekkel etették meg, amelyek gyomra és emésztőrendszere nagyon hasonló az emberekéhez. A később visszanyert szenzorok adatait vizsgálva a kutatók megállapították, hogy a kis műszer az állatok aktivitási mintáit mintegy harminc napon keresztül rögzítette precízen.

Az alkalmazás lehetséges területei

A kutatások sikerén felbuzdulva, a tudósok szerint nem lehetetlen, hogy a kapszula a jövőben egyszerre akár több – különböző mérések elvégzésére (például pH-szint ellenőrzés, vagy bizonyos baktérium- illetve vírusfajták keresése) képes – szenzort is biztonságosan a gyomorba juttasson.

De akár miniatűr kamerákat is képes lehet hosszabb időn át a gyomorban tartani, amely nagy segítség lehet a fekélyek vagy tumorok fejlődésének vizsgálatában.

A professzor szerint a pirulát a jövőben a gyomorballonos súlycsökkentési módszer biztonságosabb és kényelmesebb, endoszkóp nélküli alternatívájaként is el lehetne képzelni.

„A mi kapszulánk alkalmazásával nem lenne szükség a kényelmetlen, s olykor fájdalmas folyamatra, amivel az orvosok a merev ballonokat a helyükre teszik. Ehelyett elég lenne bevenni néhányat a piruláinkból, amelyek aztán ugyanúgy kitöltenék a gyomor egy részét, akár a ballonok, s a kisebb adagoknak köszönhetően a páciens súlya ugyanúgy csökkenne. Sok-sok lehetőség van ebben a kis hidrogéles eszközben” – mutatott rá Zhao.

Hozzászólás a cikkhez (A *-gal jelölt mezőket mindenképpen töltse ki)


 

A hozzászólások moderálására a Magyar Konyha Kiadó a jogot fenntartja. Elküldött hozzászólása csak annak elfogadását követően jelenik meg az oldalon. A hozzászólások nem feltétlenül tükrözik a MagyarKonyhaMagazin.hu véleményét, azok tartalmáért a Kiadó nem tehető felelőssé.

Ez a weboldal cookie-kat és más követési megoldásokat alkalmaz elemzésekhez, a felhasználói élmény javításához, személyre szabott hirdetésekhez és a hirdetési csalások felderítéséhez.
Az Adatvédelmi tájékoztatóban részletesen is megtalálhatóak ezek az információk, és módosíthatóak a beállítások.