Baterija koja se razlaže u telu mogla bi da napaja buduće medicinske kapsule

Ukratko

Elektronska kapsula koju čovek proguta može da putuje kroz sistem za varenje, meri stanje u njemu ili deluje na tkivo. Međutim, za mnoge takve zadatke potrebna joj je baterija. Istraživači Masačusetskog instituta za tehnologiju (MIT) predstavili su malu bateriju od materijala koji mogu postepeno da se razgrade u gastrointestinalnom traktu. U laboratorijskim i životinjskim ogledima ona je napajala dva različita uređaja: kapsulu koja električnim impulsima stimuliše ćelije želuca i sistem za bežično slanje signala. Ovo je istraživački rezultat, a ne proizvod spreman za primenu kod ljudi.

Zašto elektronici u kapsuli treba posebna baterija?

Jednostavna pasivna kapsula ponekad može dobiti energiju od spoljašnjeg čitača, slično beskontaktnoj kartici. Složeniji zadaci traže stabilno napajanje unutar tela: uređaj mora nešto da izmeri, obradi signal, pošalje ga ili određeno vreme stvara električni impuls. Minijaturne dugmaste baterije mogu obaviti posao, ali je njihovo čvrsto kućište veoma važno. Ako bi se oštetilo tokom prolaska kroz sistem za varenje, hemikalije i metali unutar baterije mogli bi predstavljati opasnost. To ne znači da je svaka postojeća medicinska kapsula nebezbedna; znači da inženjeri pokušavaju da smanje jedan konkretan rizik.

MIT tim se zato pitao može li izvor energije biti napravljen od sastojaka koji su prihvatljiviji ako se oslobode u malim, kontrolisanim količinama. Izbor materijala nije dovoljan sam po sebi: važni su doza, brzina razgradnje, hemijski oblici nastalih proizvoda i put kroz organizam. Zato izraz „bioresorptivno“ treba čitati kao opis nameravanog ponašanja uređaja, a ne kao univerzalnu potvrdu bezbednosti u svakoj primeni.

Od čega je napravljena nova baterija?

Istraživači su upotrebili magnezijum za anodu i molibden-trioksid za katodu. Između elektroda nalazi se gelasti elektrolit koji omogućava kretanje jona. Kada se uspostavi električno kolo, na elektrodama se odvijaju reakcije koje teraju elektrone kroz spoljašnji deo uređaja. Tako nastaje struja za elektroniku. Najviši izmereni napon bez opterećenja bio je oko 1,84 volta, dovoljno za dva predstavljena demonstraciona zadatka. Napon sam po sebi, međutim, ne govori koliko dugo uređaj može raditi: važni su i kapacitet, opterećenje i uslovi u želucu ili crevima.

Napravljena su dva oblika. Jedna baterija je okrugla, prečnika oko 7,5 milimetara, a druga ima oblik šipke duge 24 milimetra. Različiti oblici olakšavaju ugradnju u različite tipove kapsula. U rastvoru koji oponaša veoma kiselu želudačnu sredinu baterije su radile približno tri dana pre nego što su im performanse počele postepeno opadati. Tokom narednih nedelja materijal se razgrađivao. Takav test je važan, ali ne predstavlja potpuno isti skup uslova kao živi sistem za varenje, u kom se pH, tečnost, hrana i kretanje stalno menjaju.

Prvi zadatak: električni impuls u želucu

Jedan ranije razvijeni MIT uređaj namenjen je da kratkim električnim impulsima deluje na sluzokožu želuca. Istraživači proučavaju da li se time može podstaći oslobađanje grelina, hormona povezanog sa osećajem gladi. To bi jednoga dana moglo biti korisno u pojedinim stanjima sa gubitkom apetita, ali takva medicinska primena zahteva zasebna klinička ispitivanja. U novom radu umesto ranijih dugmastih baterija upotrebljena je razgradiva baterija. Mogla je da napaja električnu stimulaciju do tri dana.

U ogledima na životinjama dvadeset minuta stimulacije bilo je povezano sa porastom nivoa grelina od oko 50%. Taj broj nije mera izlečenja bolesti, niti nam govori da bi efekat bio isti kod ljudi. Takođe ne dokazuje da bi dugotrajna ili ponovljena stimulacija bila bezbedna i korisna. On pokazuje da je baterija u eksperimentalnim uslovima mogla dati energiju za biološki merljiv zadatak. Razlika između uspešnog laboratorijskog dokaza i odobrene terapije ovde je ogromna.

Drugi zadatak: signal iz sistema za varenje

Druga demonstracija koristila je RFID oznaku, tehnologiju koja bežično šalje identifikacioni signal. Bez sopstvene baterije pasivna oznaka zavisi od energije koju uspe da primi od čitača, pa domet može biti ograničen. Sa malom razgradivom baterijom sistem je u ogledima na životinjama mogao neprekidno da šalje signal iz gastrointestinalnog trakta na udaljenost do 1,5 metara. Istraživači razmatraju primenu za praćenje prolaska kapsule i, u budućnosti, za proveru da li je određeni lek zaista progutan.

Takva mogućnost otvara i pitanja koja nisu samo tehnička. Pouzdanost očitavanja, zaštita zdravstvenih podataka i jasan pristanak korisnika važni su koliko i sama minijaturizacija. Ako bi uređaj jednog dana služio za praćenje uzimanja terapije, sistem bi morao da objasni kome šalje podatke, koliko dugo se čuvaju i može li pacijent to da kontroliše. Novi rad se pre svega bavi baterijom; na ova šira pitanja ne daje gotov odgovor.

Šta još mora da se proveri?

Autori navode da je baterija razgradiva, ali u jednom od prikazanih uređaja štampana elektronska pločica još nije. Ostaci koji se ne razgrade moraju bezbedno proći kroz sistem za varenje. Potrebno je detaljnije meriti produkte raspada, razlike među osobama i ponašanje posle više upotreba. Laboratorijski rastvor i životinjski model daju važna početna saznanja, ali ne mogu zameniti dobro osmišljenu studiju na ljudima. MIT pominje planove za kliničko ispitivanje srodnog RFID sistema u narednim godinama; to nije dokaz da je baš ova baterija već odobrena za medicinsku upotrebu.

Za sada je najjači zaključak skromniji i konkretniji: jedna vrlo mala baterija je u eksperimentima uspešno napajala funkcije koje su ranije tražile konvencionalnije izvore energije, a potom se postepeno razgradila. Upravo tako obično počinje razvoj nove medicinske tehnologije — dobrim prototipom, praćenim dugim nizom provera.