Investigadores del MIT, Draper y el Brigham and Women’s Hospital han diseñado una cápsula ingerible que puede controlarse mediante tecnología inalámbrica Bluetooth. La cápsula, que puede personalizarse para administrar fármacos, detectar las condiciones del entorno o ambas cosas, puede permanecer en el estómago al menos un mes, transmitir información y responder a instrucciones desde el teléfono inteligente del usuario.
Las cápsulas, fabricadas mediante tecnología de impresión 3D, podrían utilizarse para administrar fármacos destinados a tratar diversas enfermedades, sobre todo en los casos en que deban tomarse durante un periodo prolongado. También podrían diseñarse para detectar infecciones, reacciones alérgicas u otros episodios y, a continuación, liberar un fármaco en respuesta.
«Nuestro sistema podría proporcionar monitorización y tratamiento de circuito cerrado, mediante los cuales una señal puede ayudar a orientar la administración de un fármaco o el ajuste de su dosis», afirma Giovanni Traverso, investigador visitante del Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT, donde se incorporará al profesorado en 2019.
Estos dispositivos también podrían utilizarse para comunicarse con otros dispositivos médicos portátiles e implantables, que podrían reunir información para transmitirla al teléfono inteligente del paciente o del médico.
«Nos entusiasma esta demostración de la impresión 3D y la forma en que las tecnologías ingeribles pueden ayudar a las personas mediante dispositivos novedosos que facilitan aplicaciones de salud móvil», afirma Robert Langer, profesor del David H. Koch Institute y miembro del Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT.
Langer y Traverso son los autores principales del estudio, que aparece en el número del 13 de diciembre de Advanced Materials Technologies. Yong Lin Kong, antiguo investigador posdoctoral del MIT y ahora profesor adjunto en la Universidad de Utah, es el autor principal del artículo.
Comunicación inalámbrica
Durante los últimos años, Langer, Traverso y sus colegas han trabajado en diversos sensores ingeribles y cápsulas para administrar fármacos, que consideran útiles para la administración a largo plazo de fármacos que actualmente deben inyectarse. También podrían ayudar a los pacientes a mantener los estrictos regímenes de dosificación necesarios para quienes tienen VIH o paludismo.
En su estudio más reciente, los investigadores se propusieron combinar muchas de las características que habían desarrollado anteriormente. En 2016, diseñaron una cápsula en forma de estrella con seis brazos que se pliegan antes de quedar encerrados en una cápsula lisa. Tras ingerirla, la cápsula se disuelve y los brazos se despliegan, lo que permite que el dispositivo se aloje en el estómago. De forma similar, el nuevo dispositivo se despliega en forma de Y tras ser ingerido. Esto permite que permanezca en el estómago alrededor de un mes, antes de romperse en fragmentos más pequeños y pasar por el tubo digestivo.
Uno de estos brazos contiene cuatro pequeños compartimentos que pueden llenarse con diversos fármacos. Estos pueden encapsularse en polímeros que permiten liberarlos gradualmente durante varios días. Los investigadores también prevén que podrían diseñar los compartimentos para que se abran a distancia mediante comunicación inalámbrica Bluetooth.
El dispositivo también puede llevar sensores que monitorizan el entorno gástrico y transmiten información mediante una señal inalámbrica. En trabajos anteriores, los investigadores diseñaron sensores capaces de detectar signos vitales como la frecuencia cardíaca y la respiratoria. En este artículo, demostraron que la cápsula podía utilizarse para monitorizar la temperatura y transmitir esa información directamente a un teléfono inteligente situado a una distancia que permitiera alcanzarlo con el brazo.
«El alcance limitado de la conexión es una mejora de seguridad deseable», afirma Kong. «El aislamiento de la señal inalámbrica dentro del espacio físico del usuario podría proteger el dispositivo de conexiones no deseadas y proporcionar aislamiento físico para reforzar la seguridad y la protección de la privacidad».
Para hacer posible la fabricación de todos estos elementos complejos, los investigadores decidieron imprimir las cápsulas en 3D. Este método les permitió incorporar fácilmente todos los distintos componentes que llevan las cápsulas y construirlas con capas alternas de polímeros rígidos y flexibles, lo que ayuda a que resistan el entorno ácido del estómago.
«La impresión 3D multimaterial es una tecnología de fabricación muy versátil que permite crear arquitecturas multicomponente únicas y dispositivos funcionales que no pueden fabricarse con técnicas convencionales», afirma Kong. «Potencialmente, podemos crear dispositivos electrónicos ingeribles personalizados cuyo tiempo de permanencia gástrica se adapte a una aplicación médica específica, lo que podría dar lugar a diagnósticos y tratamientos personalizados ampliamente accesibles».
Respuesta temprana
Los investigadores imaginan que este tipo de sensor podría utilizarse para diagnosticar signos tempranos de enfermedad y responder después con la medicación adecuada. Por ejemplo, podría servir para monitorizar a determinadas personas con alto riesgo de infección, como pacientes que reciben quimioterapia o fármacos inmunosupresores. Si se detectara una infección, la cápsula podría empezar a liberar antibióticos. También podría diseñarse para liberar antihistamínicos al detectar una reacción alérgica.
«Nos entusiasma mucho la posibilidad de que los dispositivos electrónicos que permanecen en el estómago sirvan como plataformas de salud móvil para ayudar a los pacientes a distancia», afirma Traverso.
La versión actual del dispositivo funciona con una pequeña batería de óxido de plata. Sin embargo, los investigadores estudian la posibilidad de sustituirla por fuentes de energía alternativas, como una antena externa o ácido estomacal.
Los investigadores también trabajan en el desarrollo de otros tipos de sensores que podrían incorporarse a las cápsulas. En este artículo, probaron el sensor de temperatura en cerdos y estiman que en alrededor de dos años quizá puedan empezar a probar sensores ingeribles en pacientes humanos. Han creado una empresa que trabaja en desarrollar la tecnología para uso humano.
La investigación fue financiada por la Fundación Bill y Melinda Gates y los Institutos Nacionales de Salud a través de Draper.
