PILLSID — пригодный для приема внутрь робот, доставляющий инсулин без внешних игл

Представьте грузовую ракету, которая запускается в космос и стыкуется с Международной космической станцией. Ракета маневрирует к станции и фиксируется герметичным замком, чтобы можно было перебросить припасы. А теперь представьте уменьшенную версию этого процесса, происходящего внутри вашего организма. 

Исследователи из Италии в августе 2021 года объявили, что создали роботизированную систему, способную к такому виду полезных «доставок», которая полностью функционирует внутри кишечника. Система включает робота для доставки инсулина, который хирургическим путем имплантируется в брюшную полость, и проглатываемые капсулы, которые снабжают устройство инсулином. 

Разработчики робота протестировали свою систему на трех свиньях с диабетом. Согласно результатам, опубликованным в журнале Science Robotics, система успешно контролировала уровень глюкозы в крови свиней в течение нескольких часов. «Возможно, это жутко — думать о док-станции внутри организма, но она сработала», — заявила Арианна Менсиасси, автор статьи и профессор биомедицинской робототехники и биоинженерии в Школе перспективных исследований Сант’Анна в Пизе. 

«В этом исследовании мы описываем прототип PILLSID. Ключевые части устройства проверяются и как отдельные компоненты, и внутри интегрированного устройства на доклиническом уровне. Мы демонстрируем, что механизм пополнения работает эффективно и что уровень глюкозы в крови можно безопасно регулировать у свиней с диабетом. Робот весит 165 г и имеет размеры 78х63х35 мм, что сравнимо с коммерческими имплантируемыми устройствами, но при этом решает неотложные критические проблемы, связанные с наполнением резервуара и питанием», — говорится в научном материале. 

В системе команды Менсиасси устройство размером с телефон-раскладушку хирургическим путем имплантируется вдоль большой стенки, соединенной с тонкой кишкой. Робот доставляет инсулин в жидкость в этом пространстве. Когда в резервуаре заканчивается лекарство, магнитная капсула, заполненная инсулином, перемещается, чтобы пополнить его. 

Процедура повторного наполнения теоретически будет работать у людей следующим образом: пациент глотает капсулу, как обычную таблетку, и она движется через пищеварительную систему естественным образом, пока не достигнет участка тонкой кишки, где был установлен имплант. Используя магнитные поля, имплант притягивает к себе капсулу, вращает ее и закрепляет в правильном положении. Затем робот протыкает капсулу выдвижной иглой и закачивает инсулин в ее резервуар. Игла должна также пробить тонкий слой кишечной ткани, чтобы добраться до капсулы. 

Всего имплант содержит четыре привода, которые управляют стыковкой, перфорацией иглы, объемом резервуара и аспирацией, а также насосом. Двигатель, отвечающий за стыковку, вращает магнит, чтобы установить капсулу на место. Авторы говорят, что дизайн был вдохновлен промышленными зажимными системами и роботами для проверки труб. 

После доставки инсулина имплант высвобождает капсулу, позволяя ей естественным образом проходить через пищеварительный тракт и выводиться из организма. Магнитные поля, управляющие стыковкой и высвобождением капсулы, управляются по беспроводной связи с помощью внешнего устройства программирования и могут быть включены или выключены. Батарея импланта заряжается по беспроводной сети с помощью внешнего устройства. 

Такая система доставки может оказаться полезной для людей с диабетом первого типа, особенно для тех, кто должен вводить инсулин в свой организм несколько раз в день. Инсулиновые насосы доступны в продаже, но для них требуется внешнее оборудование, которое доставляет лекарство через трубку или иглу, проникающую в организм. Также доступны имплантируемые инсулиновые помпы, но эти устройства необходимо заполнять через трубку, которая выступает из тела, вызывая бактериальные инфекции, — подобные системы не стали популярными. 

По словам Менсиасси, полностью имплантируемая система, заполненная таблеткой, устранит необходимость в выступающих трубках и оборудовании. Авторы сообщают, что такой механизм может оказаться полезным и для доставки лекарств от других заболеваний, особенно в химиотерапии для людей с раком яичников, поджелудочной железы, желудка и толстой кишки. 

В качестве следующего шага авторы работают над более надежной герметизацией имплантированного устройства. «Мы наблюдали у некоторых свиней, что телесные жидкости попадают внутрь робота», — рассказала Менсиасси. По ее словам, некоторые утечки, вероятно, происходят во время стыковки, когда игла выходит из имплантата. Утечки не произошли, когда команда ранее тестировала устройство в воде, но человеческое тело намного сложнее. 

Создание полностью имплантируемых роботов, заменяющих или восстанавливающих физиологические процессы, является большой проблемой в медицинской робототехнике. 

Хотя, вероятно, пройдет некоторое время, прежде чем система итальянских ученых попадет в больницы, устройства, удовлетворяющие медицинские потребности изнутри вашего тела, могут стать все более и более распространенными. К примеру, в 2016 году Массачусетский технологический институт продемонстрировал робота-оригами, который может собирать предметы изнутри вашего кишечника.