גלולה פשוטה באופן קיצוני יכולה לשנות את עתיד הטיפול ב- IBD; רק מנה אחת יכולה להפוך סימני דלקת לרמז ברור ויזואלי ממש בבית.
סכמטי של מצבים לניטור דלקת ב- IBD. מחקר: גלולת ביו-חיישן קולורמטרית פשוטה ובלתי ניתנת לניתוח לניטור חסכוני ולא פולשני של דלקת במעי
במחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת הֶתקֵןהחוקרים פיתחו כדור ביו -חיישן בולט לניטור דלקת במעי.
מחלות מעי דלקתיות (IBDs) משפיעות על יותר משבעה מיליון אנשים ברחבי העולם. IBD מאופיין בדלקת אפיזודית במעי הגס ובמעי הדק. IBD חסר טיפול מרפא, אך קיימים טיפולים יעילים כדי לעזור להשיג ולשמור על הפוגה. האפשרויות הנוכחיות לניטור דלקת הן תת -אופטימליות.
קולונוסקופיה נותרה היבט קריטי באבחון ומעקב של IBD. ובכל זאת, הפולשנות, אי הנוחות של המטופלים, עלויות גבוהות ודרישה של מתקנים רפואיים ואנשי כוח אדם מתמחים הופכים את זה לא אמין על מעקב תכוף במחלות. באופן ביקורתי, בדיקות צואה נוכחיות, כמו קלפרוטקטין, סובלות מ- ~ 50% אי-ציות של מטופלים כתוצאה מרתיעה מטיפול בצואה.
לאחרונה פותחו מכשירי גלולות מבוססי חיישנים רגישים לאור, רגישים ל- pH וחיידקים, כדי לפקח על שינויים בסביבת העיכול (GI) הקשורים לדלקת. עם זאת, הם מורכבים ודורשים מעגלים גנטיים או אלקטרוכימיים, המגדילים את העלויות ומפחיתים את הסבירות שלהם לאימוץ קליני.
המחקר והממצאים
במחקר הנוכחי, החוקרים פיתחו גלולה למיני חמצן תגובתי (ROS)-ניטור דלקת מגיב (PRIM), מכשיר ביו-חיישן בולט לגילוי לא פולשני, בבית של דלקת במעי המבטל את הצורך בטיפול צואה.
ראשית, סינתזה פולימר תגיב ROS על ידי שינוי דקסטרן עם קבוצות פונקציונליות של אסתר פנילבורוני. אסטרים פנילבורוניים עוברים השפלה סלקטיבית בנוכחות מי חמצן (H₂O₂), סוג של ROS העלה 10–100 × בחולי IBD. הפולימר הדקסטרן התגיב ROS נותר בלתי מסיס במים; עם זאת, חשיפה ל- H₂O₂ גרמה לפולימר להתפורר, והדגיש את היענותו ל- ROS.
סריקת מיקרוסקופיית אלקטרונים (SEM) חשפה סדקים בציפויים העשויים מפולימר דקסטרן תגיב ROS. חשיפה למים הביאה להתקלף חלקי של שכבת הפולימר, אך לא נצפתה שום פולימר בעקבות חשיפה של h₂o₂. לפיכך, לאחר שגילה כי אסתר פנילבורוני שנותר שימש כפלסטית מקרית, אצטיל טרייבוטיל ציטראט (ATBC, 44% W/W), פלסטייזר מתכלה, שימש בכוונה כתוסף לשיפור התכונות המכניות. זה הביא לציפויים חלקים שנשארו שלמים לאחר 24 שעות של חשיפה למים. חשיפה h₂o₂ שחיקה ציפויים, המאשרים את שמירת התכונות התגיביות ROS.
המכשיר הראשוני הורכב מכובע גלולה וגוף מודפס בתלת מימד עם טבעת O איטום את הגוף, והוא תוכנן להיות בגודל של קפסולה 00 (נפוץ בתרופות OTC). צבע מזון נפוץ, FCF כחול מבריק, שימש למילוי גופו של המכשיר הראשוני; צבע זה נשאר ללא ספוג בדרכי העיכול, ומשנה את צבע צואת תוך התפשטות מי אסלה לגילוי קל יותר.
(א) מכשיר ראשוני אטום בציפוי דבק פולימרים של ROS. (ב) סכמטי של (i) המכשיר הקדמי בגודל קפסולה, (ii) חתך רוחב של המכשיר הקדמי המציג את מכסה הקפסולה ואת החדר החלול שמלא בצבע, ו (iii) כובש של חתך הרוח המראה כיצד משמשת ריבוי O כדי ליצור אטום בין גוף הקפסולה לבין מכסה לבין רוס-רוד-ספינה למילוי לאור. (ג) סכמטי של (i) תכנון מנגנון מכשירים ראשוני לניתוק כובע ושחרור צבע ו- (ii) מדידה ניסיונית של כוח התנתקות מכסה באמצעות מוט כדי לדחוף את הכובע.
היה חריץ להוספת דקסטרן תגיב ROS בצומת שבין גוף הגלולה לכובע המכשיר כדי לדבוק בגוף ולכובע יחד. ניתוק כובע עם חשיפה ל- ROS משחרר את הצבע, מה שמצביע על נוכחות של רמות ROS גבוהות יותר באמצעות מנגנון סף הדורש דלקת מתמשכת.
יתר על כן, חוזק הדבק של הדקסטרן התגיב ROS נמדד ככוח הנדרש כדי להתנתק מהכובע מהמכשיר PRIM. כוח ההתנתקות של CAP לאחר חשיפה של H₂O₂ במשך 24 שעות היה נמוך מזה לאחר החשיפה למאגר פוספט. רמות ROS גבוהות יותר במהלך דלקת עלולות להשפיל את דבק הפולימר ולנתק את הכובע, ואילו רמות הבסיס הבריאות אינן. ניסויים חוץ גופיים הראו כי הצבע לא שוחרר ברמות נמוכות של H₂O₂ (≤ 1 מ"מ) אפילו לאחר 72 שעות ונשאר יציב במהלך מעבר GI מדומה (עד 72 שעות). עם זאת, בריכוזים גבוהים יותר (50 מ"מ), כל המכשירים עברו השפלה של דבק פולימרים תוך 48 שעות, תוך שחרור הצבע תוך 72 שעות – ממצא המתיישר עם זמני המעבר האיטיים שנצפו בחולי IBD.
הצוות גם בדק את יציבות המכשיר הראשוני במספר בדיקות חוץ גופיות המדמות סביבות GI בריאות, כולל pH משתנה, כוחות מכניים עיכול ואנזימי עיכול. כל המכשירים הראשוניים היו שלמים לאחר הדגירה בתנאי pH ניטרליים, חומציים ואלקליים וחשיפה לחמימה מדומה, חומצת קיבה ונוזל קיבה למשך 72 שעות. כל המכשירים היו שלמים גם בעקבות תסיסה מכנית מתמשכת בטווחי זמן רלוונטיים פיזיולוגית.
לבסוף, המכשיר הראשוני זכה למזעור כאב -טיפוס לבדיקות in vivo במודל עכברוש של קוליטיס. מחקרי ניהול משותפים אישרו כי גילוי צבע כחול נותר חד משמעי אפילו עם פיגמנטים תזונתיים כמו בטאנין שמקורו בסלק. חולדות ניתנו שלושה מכשירי PRIM ממוזוגים, וקוליטיס נגרם על ידי מתן נתרן דקסטרן סולפט (DSS) למשך שבוע.
שלושה מכשירים נוספים ניתנו לאחר אינדוקציה של קוליטיס. הצוות ציין כי 78% מהמכשירים PRIM המופעלים בחולדות עם קוליטיס לעומת 28% אצל חולדות בריאות (בקרות). חולדות עם מכשירים מופעלים ייצרו צואה של צבע כחול בהיר לפני שחזרו לצבעים רגילים לאחר 48 שעות. הספציפיות השתפרה ל 92% (בשתי בדיקות) או 100% (בשלוש בדיקות) עם ניהול רצף.
מסקנות
לסיכום, המחקר פיתח מכשיר בלתי ניתן לבריח, נגיש ופולשני מינימלי לגילוי סמני ROS המווסתים על ידי דלקת מעיים. המכשיר הראשוני נחתם באמצעות דקסטרן דבק פולימר ותגובה ROS, אשר משפיל באופן סלקטיבי עם חשיפת H₂O₂ כדי לשחרר את צבע המטען.
הדבק נשאר יציב בהיעדר H₂O₂, ושום צבע לא שוחרר ברמות נמוכות של H₂O₂. במודל in vivo של קוליטיס, מכשיר ה- PRIM המיזוג חשף נוכחות של דלקת על ידי שחרור הצבע, וכתוצאה מכך צואה צבעונית. היא הדגימה 72% ספציפיות ורגישות של 78% בגילוי קוליטיס.
עלויות הייצור מוערכות על 0.38 דולר למכשיר בקנה מידה. בדיקות ואופטימיזציה נוספת של ה- PRIM בגודל מלא (אנושי) בבעלי חיים גדולים צריכים לשפר את הספציפיות והרגישות שלו. עבודה עתידית תתייחס לפוטנציאל המעבר המהיר במהלך שלשול (עלול לגרום לשליליות שווא) באמצעות מינון חוזר ולאמת את הממצאים כנגד מודלים דלקתיים כרוניים.
בסך הכל, PRIM הוא מכשיר מבטיח וחסכוני לניטור תכוף ולא פולשני של דלקת במעי, התגברות על מחסומי תאימות של המטופלים והפגנת חוסן למפגיני התזונה.
