工程师们的新胶囊旨在为胃肠道患者提供药物和希望

3D打印的药物输送系统使用了传感器、加热元件和波簧，听起来像一台被推到医生办公室的机器，而不是你嘴里的东西。

然而，马里兰大学的一个工程团队开发了一种未来的新型胶囊，可以被摄入、引导和激活，以检测、监测和治疗胃肠道的慢性问题。

这项新研究发表在本周的杂志上先进材料技术该公司展示了一个微小的弹簧驱动器，可以锚定胶囊，使其能够将药物沉积物输送到胃肠道中的计划位置。由于能够在原地停留一段时间，胶囊可以根据需要提供多剂量的药物。

“我们的创新是使用混合制造方法的早期例子，将3D打印与传统的微制造结合起来，创造出新的和有影响力的设备，”第一作者Joshua Levy说材料科学工程学博士生。“我们希望我们的工作将有助于形成新的治疗形式的基础，这些设备最终将导致更好的治疗方法。”

他是Reza Ghodssi教授(ECE/ISR) MEMS传感器和执行器实验室的一员，该实验室已经在胶囊开发方面工作了五年。詹姆斯克拉克工程学院其他为这项研究做出贡献的人包括生物工程博士生迈克尔·斯特拉克、电气和计算机工程博士生贾斯汀·斯廷、UMD研究助理卢克·比尔兹利、电气和计算机工程校友Vivian Borbash '22和Ghodssi。所有的研究生都与Robert E. Fischell生物医学设备研究所有关。

在美国，大约有310万人患有慢性胃肠道自身免疫性疾病炎症性肠病克罗恩病和溃疡性结肠炎。医学在过去几十年里取得了长足的进步，主要是通过药物、注射和输液等“系统性”疗法。不幸的是，随着这些疗法在全身扩散，它们的效果也会减弱。药物不能针对这些肠道疾病的炎症病变，而且治疗会产生严重的副作用。

“胃肠道是身体的一个通道，通过它与外界的直接联系来影响我们是谁，”Ghodssi说。“这个独特的器官容易受到许多健康重大挑战的影响，从癌症到IBD到神经退行性疾病心理健康问题还有代谢疾病。”

胶囊可以进行胃肠道成像、气体传感、病变活检和药物输送，还可以通过Wi-Fi和手机应用程序远程控制。然而，一个问题仍然存在:如何在消化系统不断搅动的情况下保持胶囊到位以输送药物。

这项新研究介绍了热机械3d打印弹簧驱动器，该机构与现有的可食用胶囊传感和通信技术并且能够基于检测到的GI生物标志物和外部命令进行治疗，这些命令可以通过蓝牙传递。

该驱动器与Ghodssi的仿生带刺微针技术(称为SMAD)的首次应用相结合，用于刺状微针锚定药物沉积。当需要展开弹簧并推动有效的治疗药物时，胶囊的微小电阻加热元件会融化一种名为聚已内酯的材料，使其固定在适当的位置。然后，SMAD从弹簧中释放，以延长溶解治疗药物到特定病变的时间。

“我们希望我们新兴的非侵入性胶囊技术将能够在医疗工具包中加入另一种工具，一种副作用更少、靶向效果更好的工具，”Ghodssi说。“我们的工作只是解决了这项技术有前景的研究领域之一。我们认为开发可食用胶囊是一个研究前沿，需要由医生、工程师、生物学家和数据分析师组成的跨学科团队来解决。”