PILLSID — робот, який можна проковтнути, доставляє інсулін без зовнішніх голок

Уявіть вантажну ракету, яка стартує в космос і стикується з Міжнародною космічною станцією. Ракета маневрує до станції і фіксується герметичним замком, щоб можна було перекинути припаси. А тепер уявіть зменшену версію цього процесу, що відбувається всередині вашого організму. 

Дослідники з Італії у серпні 2021 року оголосили, що створили роботизовану систему, здатну до такого виду корисних «доставок», яка повністю функціонує всередині кишечника. Система включає робота для доставки інсуліну, який хірургічним шляхом імплантується в черевну порожнину, і капсули, що ковтаються, які постачають пристрій інсуліном. 

Розробники робота протестували свою систему на трьох свинях із діабетом. Згідно з результатами, опублікованими в журналі Science Robotics, система успішно контролювала рівень глюкози в крові свиней протягом кількох годин. «Можливо, це жахливо — думати про док-станцію всередині організму, але вона спрацювала», — заявила Аріанна Менсіассі, авторка статті та професорка біомедичної робототехніки й біоінженерії в Школі передових досліджень Sant’Anna у Пізі. 

«У цьому дослідженні ми описуємо прототип PILLSID. Ключові частини пристрою перевіряються як окремі компоненти, так і всередині інтегрованого пристрою на доклінічному рівні. Ми демонструємо, що механізм поповнення працює ефективно і що рівень глюкози в крові можна безпечно регулювати у свиней із діабетом. Робот важить 165 г і має розміри 78х63х35 мм, що порівнянно з комерційними імплантованими пристроями, але при цьому вирішує невідкладні критичні проблеми, пов’язані з наповненням резервуара та живленням», — йдеться в науковому матеріалі. 

У системі команди Менсіассі пристрій розміром із телефон-розкладачку хірургічним шляхом імплантується вздовж великої стінки, з’єднаної з тонкою кишкою. Робот доставляє інсулін у рідину в цьому просторі. Коли в резервуарі закінчується ліки, магнітна капсула, наповнена інсуліном, переміщується, щоб його поповнити. 

Процедура повторного наповнення теоретично працюватиме у людей так: пацієнт ковтає капсулу, як звичайну таблетку, і вона рухається через травну систему природним шляхом, доки не досягне ділянки тонкої кишки, де був встановлений імплант. Використовуючи магнітні поля, імплант притягує до себе капсулу, обертає її і фіксує в правильному положенні. Потім робот проколює капсулу висувною голкою і закачує інсулін у її резервуар. Голка також має пробити тонкий шар кишкової тканини, щоб дістатися до капсули. 

Загалом імплант містить чотири приводи, які керують стиковкою, перфорацією голки, об’ємом резервуара й аспірацією, а також насосом. Двигун, що відповідає за стиковку, обертає магніт, щоб установити капсулу на місце. Автори кажуть, що дизайн був натхненний промисловими затискними системами та роботами для перевірки труб. 

Після доставки інсуліну імплант вивільняє капсулу, дозволяючи їй природним чином проходити через травний тракт і виводитися з організму. Магнітні поля, що керують стиковкою та вивільненням капсули, керуються бездротово за допомогою зовнішнього пристрою програмування і можуть бути увімкнені або вимкнені. Батарея імпланта заряджається бездротово за допомогою зовнішнього пристрою. 

Така система доставки може стати корисною для людей із діабетом першого типу, особливо для тих, хто має вводити інсулін кілька разів на день. Інсулінові помпи доступні в продажу, але для них потрібне зовнішнє обладнання, яке доставляє ліки через трубку або голку, що проникає в організм. Також доступні імплантовані інсулінові помпи, але ці пристрої необхідно наповнювати через трубку, що виступає з тіла, спричиняючи бактеріальні інфекції, — подібні системи не стали популярними. 

За словами Менсіассі, повністю імплантована система, наповнена таблеткою, усуне потребу у виступаючих трубках і обладнанні. Автори повідомляють, що такий механізм може бути корисним і для доставки ліків від інших захворювань, особливо в хіміотерапії для людей із раком яєчників, підшлункової залози, шлунка та товстої кишки. 

Як наступний крок автори працюють над надійнішим герметизуванням імплантованого пристрою. «Ми спостерігали у деяких свиней, що рідини організму потрапляють всередину робота», — розповіла Менсіассі. За її словами, деякі витоки, ймовірно, відбуваються під час стиковки, коли голка виходить з імпланта. Витоків не було, коли команда раніше тестувала пристрій у воді, але людське тіло набагато складніше. 

Створення повністю імплантованих роботів, що замінюють або відновлюють фізіологічні процеси, є великим викликом у медичній робототехніці. 

Хоча, ймовірно, мине деякий час, перш ніж система італійських учених потрапить до лікарень, пристрої, що задовольняють медичні потреби зсередини вашого тіла, можуть ставати дедалі поширенішими. Наприклад, у 2016 році Массачусетський технологічний інститут продемонстрував робота-орігамі, який може збирати предмети зсередини вашого кишечника.