各种各样的医疗设备可以被插入胃肠道来治疗、诊断或监测胃肠道疾病。一旦内窥镜手术完成，其中许多必须被移除。然而，麻省理工学院的工程师们现在想出了一种方法，当这些设备暴露在可摄入的LED灯下时，它们就会在体内分解。
这种新方法是基于研究人员设计的一种光敏水凝胶。研究人员说，将这种材料整合到医疗设备中，可以避免许多内窥镜检查程序，当不再需要或功能不正常时，医生可以更快、更容易地移除设备。
“我们正在开发一套系统,可以驻留在胃肠道,和作为的一部分,我们正在研究开发不同的方法我们可以触发拆卸设备的胃肠道没有要求一个主要过程,“乔凡尼Traverso说,机械工程助理教授,在布莱根妇女医院胃肠病学家,和该研究的资深作者。
在一项对猪的研究中，研究人员发现，用这种光敏水凝胶制成的设备在暴露在小LED的蓝光或紫外线下后会被触发分解。
麻省理工学院科赫综合癌症研究所博士后Ritu Raman是这篇论文的主要作者，该论文发表在今天的《科学进展》杂志上。论文的其他作者包括前技术合作伙伴Tiffany Hua、周建林、Tina Esfandiary和Vance Soares;技术助理Declan Gwynne、Joy Collins和Siddartha Tamang;研究生Simo Pajovic;比较医学兽医艾莉森·海沃德;戴维·h·科赫研究所教授罗伯特·兰格。
控制故障
在过去的几年里，特拉弗索和兰格已经开发了许多可食用的设备，旨在延长停留在胃肠道的时间。他们还研究了各种各样的策略来控制这些装置的分解，包括根据pH值或温度的变化，或暴露于某些化学物质的方法。
Traverso说:“考虑到我们对开发可在胃肠道中长期驻留的系统的兴趣，我们将继续研究一系列方法，以便在出现不良反应或不再需要这些系统时，促进清除这些系统。”“我们真的在研究不同的触发器以及它们的表现，以及我们是否可以将它们应用到不同的设置中。”
在这项研究中，研究人员探索了一种基于光的触发机制，他们认为这种机制比之前的方法有一些优势。一个潜在的优势是，光可以作用在远处，而不需要与被分解的材料直接接触。另外，光线通常不会穿透胃肠道，所以不会有意外触发的机会。
为了创造这种新材料，拉曼设计了一种光敏水凝胶，它的基础材料是前兰格实验室博士后克里斯提·安赛斯(Kristi Anseth)实验室开发的一种材料。安赛斯现在是科罗拉多大学博尔德分校(University of Colorado at Boulder)的化学和生物工程教授。这种聚合物凝胶含有一种化学键，当暴露在405到365纳米(蓝色到紫外线)的波长时，化学键会断裂。
拉曼决定不制造一种只由这种光敏聚合物组成的材料，而是用它来连接更强的成分，如聚丙烯酰胺。这使得整体材料更耐久，但当暴露在合适波长的光线下时，它仍然可以分解或减弱。她还将这种材料构建成“双重网络”，即一个聚合物网络围绕另一个聚合物网络。
“你正在形成一个聚合物网络，然后在它周围形成另一个聚合物网络，所以它真的缠绕在一起。这使得它非常坚韧和有弹性，”拉曼说。
这种材料的性能可以通过改变凝胶的成分来调整。当光敏连接器占材料的比例更高时，它对光的反应速度更快，但在机械上也更弱。研究人员还可以通过使用不同波长的光来控制分解物质所需的时间。蓝光的作用较慢，但对紫外线损伤敏感的细胞造成的风险较小。
受光的放气
该凝胶及其分解产物具有生物相容性，并且可以很容易地塑造成各种形状。在这项研究中，研究人员用它来演示两种可能的应用:减肥球囊的密封和食管支架。标准的减肥气球，有时被用来帮助治疗肥胖，在病人的胃里充气，装满生理盐水。大约6个月后，通过内窥镜手术取出气球。
相比之下，麻省理工学院的研究小组设计的减肥气球可以通过将海豹暴露在一个很小的LED灯下使其泄气，这个灯原则上可以被吞下，然后从体内排出。他们的气球是乳胶制成的，里面填充了聚丙烯酸钠，可以吸收水分。在这项研究中，研究人员在猪身上测试了气球，发现气球一放在胃里就会膨胀。当一个小的，可食用的发光二极管发出蓝光放置在胃里大约6小时，气球慢慢泄气。用高倍光照射，材料在30分钟内就分解了。
研究人员还将这种光敏凝胶制成了食管支架。这种支架有时用于治疗食管癌或其他引起食道狭窄的疾病。一个轻触发的版本可以被打破，并通过消化道时，不再需要。
研究人员表示，除了这两种应用之外，这种方法还可以用于制造其他可降解的设备，比如将药物输送到胃肠道的车辆。
特拉弗索说:“这项研究证明了我们可以创造出这种材料，现在我们正在思考它的最佳应用。”
这项研究由美国国立卫生研究院、比尔和梅琳达·盖茨基金会、国家癌症研究所的科赫研究所支持(核心)拨款以及美国科学促进会欧莱雅女性科学奖学金资助。
——文章发布于2020年1月17日
