MIT mühendisleri, mideye ulaştıktan sonra, midede uzun süre kalabilecek; yumuşak ve hızla şişerek bir ping-pong topunun büyüklüğüne ulaşabilen, yutulabilir, Jell-O benzeri bir hap tasarladılar.
Şişirilebilir hap, midenin sıcaklığını 30 güne kadar sürekli izleyen bir sensöre gömülüdür. Hapın mideden çıkarılması gerekirse, hasta; hapı hızla orijinal boyutuna küçülten ve vücuttan güvenle geçmesini tetikleyen bir kalsiyum çözeltisi içer.
Yeni hap iki tip hidrojelden yapılmıştır: Jell-O’nun tutarlılığına benzeyen polimer ve su karışımları. Kombinasyon, midenin çalkalama asidik ortamına karşı geçirimsiz kalırken, hapın midede hızlı bir şekilde şişmesini sağlar. Hidrojel bazlı tasarım, mevcut sindirilebilir sensörlerden daha yumuşak, daha biyo-uyumlu ve daha uzun ömürlüdür. Midede sadece birkaç gün kalabilirler, mide bağırsak sisteminden daha sert plastiklerden ya da metallerden yapılırlar.
MIT Makine Mühendisliği Profesörü Xuanhe Zhao: “Jell-O benzeri akıllı bir hapı kullanmak adeta bir hayal gibi; bir kez yutulduğunda midede kalıyor ve hastanın sağlığını bir ay gibi uzun bir süre izliyor.”
Zhao ve meslektaşı Giovanni Traverso ile birlikte çalışmayı yürüten diğer bilim insanları; Xinyue Liu, Christoph Steiger ve Shaoting Lin’dir.
Yeni şişirilebilir hap tasarımında; kirpi balığı veya balon balığı savunma mekanizmasından esinlenilmiştir. Normalde yavaş hareket eden bir tür olan kirpi balığı, tehdit edildiğinde sivri bir balon gibi hızla şişer. Bunu büyük miktarda suyu hızlıca emerek yapar.
Zhao, kirpi’nin sert ve hızlı şişen gövdesinden esinlenerek, bunu hidrojel formunda kopyalamak istedi. Çalışmayı yürüten ekip, sensörleri mideye taşımak ve örneğin hayati belirtileri veya hastalık durumlarını nispeten uzun bir süre boyunca izlemek amacıyla orada kalacak hidrojel bazlı bir hap tasarlamanın yollarını arıyordu. Bir hapın yutulacak kadar küçük olması ve yemek borusunun içinden geçmesi durumunda; pilor* olarak bilinen bir açıklıktan geçerek midenin dışına çıkabileceğini fark ettiler. Bu yüzden ekip, midenin dışına çıkmaması için bir ping pong topu büyüklüğüne hızla şişen bir hap tasarlamıştır.
Liu: “Şu anda, insanlar bu şişebilir jelleri tasarlamaya çalıştıklarında, genellikle difüzyon kuralını kullanarak, suyun kademeli olarak hidrojel ağına dağılmasını sağlıyorlar. Ancak bir masa tenisi topunun büyüklüğünde şişmek saatler, hatta günler sürer; bu, midenin boşalma zamanından daha uzundur.”
Araştırmacılar bunun yerine, bir kirpi balığı ile karşılaştırılabilecek oranda çok daha hızlı bir şekilde şişebilecek bir hidrojel hapı tasarlamanın yollarını aradılar.
Sindirilebilir Bir İzci
İki hidrojel malzemeden yapılmış küçük bir Jell-O benzeri kapsül; iç materyal sodyum poliakrilat içerir. Ayrıca çocuk bezleri gibi ticari ürünlerde sıvıyı hızlıca emip şişirme kabiliyetleri için kullanılan süper emici parçacıklar da mevcuttur.
Araştırmacılar, eğer hap sadece bu parçacıklardan yapılırsa; hemen parçalanacağını ve mideden ayrı ayrı boncuklar olarak geçebileceğini fark etti. Böylece hızlı şişen parçacıkları içine almak için ikinci bir koruyucu hidrojel tabakası tasarladılar. Bu dış zar, her biri diğerinin üzerine katlanan ve neredeyse aşılmaz bir ızgara kilidi düzeninde çok sayıda nanoskopik, kristalimsi zincirden yapılmıştır.
Lin: “Bu zarı kırmak için birçok kristalli bölgeyi kırmanız gerekir. Bu, hidrojelin son derece sağlam ve aynı zamanda yumuşak olmasını sağlayan şeydir.”
Laboratuvarda, araştırmacılar hapı mide sularına benzeyen çeşitli su ve sıvı çözeltilerine batırdılar ve hapın yaklaşık 15 dakika içinde orijinal boyutunun 100 katına kadar şişirilmiş olduğunu buldular. Bu, mevcut şişebilir hidrojellerden çok daha hızlıdır.
Zhao: “Hap, şişirildikten sonra, soya peyniri ya da Jell-O’nun yumuşaklığına sahip oldu, ancak aynı zamanda şaşırtıcı derecede güçlü.”
Hapın dayanıklılığını test etmek için araştırmacılar, hapın midedeki düzenli kasılmalarda maruz kalacağı kuvvetlerden daha büyük kuvvetlerde, hapı binlerce kez mekanik olarak sıktılar.
Lin: “Mide, yiyecekleri öğütmek için milyonlarca yük döngüsü uygular. Zarda küçük bir kesim yaptığımızda ve daha sonra binlerce kez gerip sıktığımızda bile, kesimin daha fazla büyümeyeceğini gördük. Tasarımımız çok sağlam.”
Araştırmacılar ayrıca, sütten daha yüksek bir konsantrasyonda bir kalsiyum iyonları çözeltisinin şişmiş parçacıkları küçültebileceğini belirledi. Bu, hapın havasını boşaltmak ve mideden dışarı çıkarmak için tetikler.
Son olarak, Steiger ve Traverso küçük, ticari sıcaklık sensörlerini birkaç hap içine yerleştirdi ve hapları mide ve gastrointestinal kanalları insanlara çok benzeyen domuzlara verdi. Ekip daha sonra sıcaklık sensörlerini domuz dışkısından aldı ve zamanla sensörlerin sıcaklık ölçümlerini çizdi. Sensörün, hayvanların günlük aktivite düzenlerini 30 güne kadar doğru bir şekilde takip edebildiğini buldular.
Araştırmacılar, hapın, örneğin pH seviyelerini veya belirli bakteri veya virüslerin belirtilerini izlemek için mideye güvenli bir şekilde birkaç farklı sensör iletebileceğini öngörmektedir. Minik kameralar, birkaç hafta boyunca tümörlerin veya ülserlerin ilerlemesini görüntülemek için haplara da yerleştirilebilir.
Zhao: “Hap aynı zamanda, bir balonun hastanın yemek borusundan ve endoskop kullanarak mideye geçirildiği bir diyet kontrol şekli olan gastrik balon diyetine daha güvenli ve daha konforlu bir alternatif olarak kullanılabilir. Tasarımımızla, sert bir balonu yerleştirmek için acı verici bir süreçten geçmeniz gerekmez. Belki midenizi doldurmak ve kilo vermek için bu haplardan bir kaçını kullanabilirsiniz. Bu hidrojel cihazı için birçok olasılık görüyoruz.”
*Pilor:Midenin hemen çıkışında bulunan, öğütülmüş besinlerin mideden oniki parmak barsağıa geçişini kontrol eden kasa verilen isimdir.
