Neue schluckbare Sensorpille zeigt Darmentzündungen mit einer einfachen Farbänderung

Eine radikal einfache Pille könnte die Zukunft der IBD -Pflege verändern; Nur eine Dosis kann Anzeichen von Entzündungen in ein klares, visuelles Hinweis genau zu Hause verwandeln.

Schema der Modalitäten zur Entzündungsüberwachung in IBD. Studie: Eine radikal einfache, eingenommene kolorimetrische Biosensor-Pille für eine kostengünstige, nicht-invasive Überwachung der Darmentzündung

In einer kürzlich im Journal veröffentlichten Studie GerätForscher entwickelten eine eingenommene Biosensor -Pille zur Überwachung der Darmentzündung.

Entzündliche Darmerkrankungen (IBDs) betreffen weltweit mehr als sieben Millionen Menschen. IBD ist durch episodische Entzündung im Dickdarm und Dünndarm gekennzeichnet. IBD fehlt eine kurative Behandlung, aber es stehen wirksame Therapien zur Verfügung, um die Remission zu erreichen und aufrechtzuerhalten. Aktuelle Optionen zur Überwachung der Entzündung sind suboptimal.

Die Koloskopie bleibt ein kritischer Aspekt der IBD -Diagnose und -überwachung. Dennoch machen die Invasivität, das Beschwerden des Patienten, die hohen Kosten und die Erfordernis spezialisierter medizinischer Einrichtungen und des Personals für häufige Überwachung der Krankheit nicht leistungsfähig. Kritisch sind aktuelle Fäkaltests wie Calprotectin aufgrund der Abneigung gegen die Handhabung des Stuhls unter ~ 50% der Nichteinhaltung von Patienten leiden.

In jüngster Zeit wurden photosensitive, pH-sensitive und bakterielle Sensorbasis Pillengeräte entwickelt, um Veränderungen in der mit Entzündung verbundenen Magen-Darm-Umgebung (GI) zu überwachen. Sie sind jedoch komplex und erfordern genetische oder elektrochemische Schaltkreise, die die Kosten erhöhen und ihre Wahrscheinlichkeit einer klinischen Einführung verringern.

Die Studie und die Ergebnisse

In der vorliegenden Studie entwickelten die Forscher eine Pille für reaktive Sauerstoffspezies (ROS) -verantwortliche Entzündungsüberwachung (Prim), ein aufgenommenes Biosensor-Gerät für nicht-invasive, vorhandene Darmentzündungen, die die Notwendigkeit eines Stuhlgangs beseitigt.

Zunächst wurde ein ROS-responsives Polymer synthetisiert, indem Dextran mit phenylboronischen Ester-funktionellen Gruppen modifiziert wurde. Phenylboronische Ester werden in Gegenwart von Wasserstoffperoxid (H₂O₂) selektiv abbaut, eine Art von ROS erhöhte 10–100 × bei IBD -Patienten. Das von ROS ansprechende Dextranpolymer blieb im Wasser unlöslich; Die Exposition gegenüber H₂O₂ führte jedoch dazu, dass das Polymer sich auflöste, was seine Reaktion auf ROS hervorhob.

Die Rasterelektronenmikroskopie (SEM) ergab Risse in Beschichtungen aus ROS-responsiven Dextranpolymer. Die Exposition gegenüber Wasser führte zu einem teilweisen Abbau der Polymerschicht, aber nach H₂O₂ -Exposition wurde kein Polymer beobachtet. Daher wurde Acetyl -Tributylcitrat (ATBC, 44% W/W), ein biologisch abbaubarer Weichmacher, als Additiv zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften verwendet, nachdem er festgestellt hatte, dass ein restlicher Phenylboronic -Ester als versehentlicher Weichmacher fungierte. Dies führte zu glatten Beschichtungen, die nach 24 Stunden Wasserbelichtung intakt blieben. H₂o₂-Exposition sichtbar erodierte Beschichtungen und bestätigen die Aufbewahrung von ROS-reagierenden Eigenschaften.

Das Prim-Gerät bestand aus einer 3D-gedruckten Pillenkappe und einem Körper mit einer O-Ring-Versiegelung des Körpers und wurde als Größe einer 00-Kapsel (häufig in OTC-Medikamenten) ausgelegt. Ein üblicher Lebensmittelfarbstoff, brillanter blauer FCF, wurde verwendet, um den Körper des Prim -Geräts zu füllen. Dieser Farbstoff bleibt im Verdauungstrakt nicht absorbiert und verändert die Fäkalfarbe und diffundiert gleichzeitig in Toilettenwasser zur leichteren Nachweis.

(A) Prim-Gerät mit responsiver Polymerkleberbeschichtung versiegelt. (B) Schema von (i) das Prim-Gerät der 00 Kapselgröße, (ii) Querschnitt des Prim-Geräts, der den Kapseldeckel und die mit Farbstoff gefüllte Hohlkammer zeigt, und (iii) Einschub des Querschnitts zeigt, wie ein O-Ring verwendet wird, um eine Dichtung zwischen dem Kapsel und dem Lid-Deckel zu formen. (C) Schema des (i) Konstruktionsmechanismus -Designs für CAP -Ablösung und Farbstofffreisetzung und (ii) experimentelle Messung der Kappenentzündungskraft unter Verwendung eines Stabes, um die Kappe abzudrücken.

An der Kreuzung zwischen Pillenkörper und Gerätekappe gab es eine Stufe für das Hinzufügen von ROS-reagierender Dextran, um den Körper und die Kappe zusammenzuhalten. CAP -Ablösung nach Exposition gegenüber ROS fährt den Farbstoff frei, was auf das Vorhandensein höherer ROS -Spiegel über einen Schwellenmechanismus hinweist, der eine anhaltende Entzündung erfordert.

Darüber hinaus wurde die Klebstärke des von ROS ansprechenden Dextrans als die Kraft gemessen, die erforderlich war, um die Kappe vom Prim-Gerät zu lösen. Die Kapazität der Kappe nach H₂O₂ -Exposition für 24 Stunden war niedriger als die nach Exposition gegenüber Phosphatpuffer. Höhere ROS -Spiegel während der Entzündung könnten den Polymerkleber beeinträchtigen und die Kappe abnehmen, während gesunde Grundlinienspiegel dies nicht tun. In -vitro -Experimente zeigten, dass der Farbstoff auch nach 72 Stunden nicht bei niedrigen H₂O₂ (≤ 1 mm) freigesetzt wurde und während des simulierten GI -Transits (bis zu 72 Stunden) stabil blieb. Bei höheren Konzentrationen (50 mM) wurden jedoch alle Geräte innerhalb von 48 Stunden einen polymerklebenden Abbau durchgesetzt, wobei der Farbstoff innerhalb von 72 Stunden freigesetzt wurde – ein Befund, der sich mit den bei IBD -Patienten beobachteten langsameren Transitzeiten übereinstimmt.

Das Team testete auch die Stabilität des Prim -Geräts in mehreren In -vitro -Tests, die gesunde GI -Umgebungen simulieren, einschließlich variabler pH -Wert, mechanische Verdauungskräfte und Verdauungsenzyme. Alle Primgeräte waren nach Inkubation in neutralen, sauren und alkalischen pH -Bedingungen und der Exposition gegenüber simuliertem Chyme, Magensäure und Magenflüssigkeit für 72 Stunden intakt. Alle Geräte waren auch nach kontinuierlicher mechanischer Bewegung in physiologisch relevanten Zeitskalen intakt.

Schließlich wurde das Prim -Gerät als Prototyp für In -vivo -Tests in einem Rattenmodell der Kolitis miniaturisiert. Ko-adminministrierte Studien bestätigte, dass die Nachweis des blauen Farbstoffs auch bei Pigmenten diätetischer Betanin eindeutig blieb. Ratten wurden drei miniaturisierte Primgeräte verabreicht, und die Kolitis wurde durch Verabreichung von Dextransulfat -Natrium (DSS) für eine Woche induziert.

Drei weitere Geräte wurden nach Induktion von Kolitis verabreicht. Das Team beobachtete, dass 78% der bei Ratten mit Colitis aktivierten Primgeräten im Vergleich zu 28% bei gesunden Ratten (Kontrollen) aktiviert waren. Ratten mit aktivierten Geräten produzierten Kot hellblau Farbe, bevor sie nach 48 Stunden zu normalen Farben zurückkehrten. Die Spezifität verbesserte sich auf 92% (in zwei Tests) oder 100% (in drei Tests) mit sequentiellen Verwaltungen.

Schlussfolgerungen

In der Summe entwickelte die Studie ein eingenommenes, zugängliches und minimal invasives Gerät zur Erkennung von hochregulierten ROS -Markern, die mit Darmentzündungen verbunden sind. Das Prim-Gerät wurde unter Verwendung eines Polymerklebers, ROS-responsiven Dextrans, versiegelt, das sich selektiv auf die Freilassung des Frachtfarbstoffs abbaut.

Der Klebstoff blieb in Abwesenheit von H₂o₂ stabil, und bei niedrigen H₂o₂ -Werten wurde kein Farbstoff freigesetzt. Im In -vivo -Modell der Kolitis zeigte das miniaturisierte Prim -Gerät das Vorhandensein von Entzündungen durch Freisetzung des Farbstoffs, was zu farbigen Kot führte. Es zeigte 72% Spezifität und 78% Empfindlichkeit bei der Nachweis von Kolitis.

Die Produktionskosten werden auf 2,38 USD pro Gerät im Maßstab geschätzt. Weitere Tests und Optimierung der Fülle (menschlichen) Prim bei großen Tieren sollten ihre Spezifität und Empfindlichkeit verbessern. Zukünftige Arbeiten werden das Potenzial für einen schnellen Transit während des Durchfallers (potenziell zu falsch negativen) durch wiederholte Dosierung und Validierung der Ergebnisse gegen chronische Entzündungsmodelle berücksichtigen.

Insgesamt ist Prim ein vielversprechendes, kostengünstiges Gerät für die häufige, nicht-invasive Überwachung von Darmentzündungen, die Überwindung von Patientenkonformitätsbarrieren und die Nachweis von Robustheit gegenüber Störfaktoren für Ernährung.

Quellen: