Medisch technologen van MIT ontwerpen maagpil uit polymeer die in de darm uiteenvalt

Slechts één pil hoeven slikken die wekenlang werkt. Dat is wat medisch technologen uit de Verenigde Staten voor ogen hebben met de maagring die zij creëerden uit een nieuw polymeer. Het is onder meer een uitkomst voor patienten die vaak hun medicatie vergeten.

6 augustus 2015

De diameter van de ring is drie centimeter. Vouw hem op, stop hem in een capsule en het dingetje is slechts 18 millimeter lang.
MIT

Al sinds de jaren zeventig experimenteren onderzoekers ermee: medische apparaatjes speciaal ontwikkeld om een tijdje in de maag te verblijven. Toepassingen zijn er al jaren. Voorbeelden zijn ballons die in de maag uitzetten om bij mensen met overgewicht de eetlust te verminderen en inslikbare elektronica die aandoeningen in het maagdarmkanaal vaststellen. Ook apparaten die langdurig medicijnen afgeven behoren tot de mogelijkheden.

Maar soms gaat het mis, omdat het materiaal waar de medische hulpmiddelen uit bestaan niet afbreekbaar is. Een object dat breekt of per ongeluk in de darm belandt en daar blijft hangen, kan ernstige verstopping geven. Vaak is dan een operatie nodig om het er weer uit te vissen.

Dat risico op een verstopte darm is vrij makkelijk te omzeilen. Wetenschappers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Boston ontwikkelden een materiaal dat stabiel is in de maag en eenmaal in de darmen vanzelf uit elkaar valt. Als je een medisch apparaatje daarin verpakt, gaat het veilig door het maagdarmkanaal, schreven ze in Nature Materials.

Opvouwen tot capsule

Het is technisch gezien een hele puzzel om een object voor in de maag te ontwerpen. Het apparaatje moet groter zijn dan twee centimeter in diameter, anders glipt het te snel door het maagportier de darmen in. Tegelijkertijd moet het object door de smalle slokdarm passen, die anderhalve centimeter wijd is, om in de maag terecht te komen.

De apparaatjes worden gedeeltelijk gemaakt van elastische polymeren, zodat ze opvouwbaar zijn en je ze in een capsule kan stoppen. De capsule, gemaakt van gelatine, slik je in. Het gelatine lost op in het maagzuur en voila, het apparaatje ontvouwt zich en is vrij om zijn werk te doen. Toch zijn elastische polymeren niet ideaal. Het materiaal is niet afbreekbaar en dat kan dus problemen opleveren.

Oplossen in de darm

Onderzoeker Shiyi Zhang en zijn collega’s van MIT maken nu slim gebruik van het feit dat de zuurgraad van de maag en de darm enorm verschilt. De maag is met een pH van een tot drie ontzettend zuur. De pH in de darmen is met een waarde van zeven vrij neutraal.

De polymeergel die zij ontwierpen is net als eerder ontwikkelde gels elastisch, maar is daarnaast ook gevoelig voor pH door de aanwezigheid van waterstofbruggen. Deze bindingen zitten tussen de polymeerketens en blijven in een zuur milieu intact. Maar eenmaal in een neutraal of basisch milieu worden de waterstofbruggen verbroken en valt het materiaal uit elkaar.

Door de pH-gevoeligheid van de gel valt de ring in het milieu van de darmen uiteen waarbij de losse stukjes plastic vrijkomen, voor veilige doorgang door de darmen.
© NPG

Varkens als proefkonijn

Met deze gel als hoofdbestanddeel ontwikkelden de Amerikaanse technologen een prototype voor een medisch maagapparaatje dat langzaam en langdurig medicijnen kan afgeven. Deze ringvormige ‘pil’ bestond uit een paar stukjes plastic versmolten in de gel (zie afbeelding hierboven). De diameter van de ring is uitgeklapt drie centimeter, maar vouw hem op, stop hem in een capsule en het dingetje is slechts achttien millimeter lang. Prima door te slikken dus.

In varkens bleef de ring twee tot zeven dagen zitten in de maag, voordat het toch kans zag de darmen in te glippen. Eenmaal in de darmen viel de ring uit elkaar. De losse stukjes plastic vervolgden hun reis door de darmen zonder verstoppingen te veroorzaken.

Therapietrouw

De komende tijd werkt het team verder aan het ontwerp van het systeem. Ze hopen dat de ring straks medicijnen vrijgeeft over een specifieke tijdsduur. Dagen, weken of zelfs maanden. Stel je voor dat je slechts één pil hoeft te slikken voor een volledige antibioticakuur.

Voor patiënten die regelmatig hun medicatie vergeten is zo’n superlang werkende pil een uitkomst. Het missen van medicijnen kan een ziekte verergeren en soms zelfs leiden tot ziekenhuisopname. Bovendien heeft verminderde therapietrouw bijgedragen aan de opkomst van resistente bacteriën. Deze maagring heeft de potentie om de manier waarop wij medicijnen gebruiken te veranderen, aldus het team.

Bron: Shiyi Zhang ea. A pH-responsive supramolecular polymer gel as an enteric elastomer for use in gastric devices. Nature Materials. Online op 27 juli 2015. doi:10.1038/nmat4355

Bron:

Shiyi Zhang ea. A pH-responsive supramolecular polymer gel as an enteric elastomer for use in gastric devices. Nature Materials. Online op 27 juli 2015. doi:10.1038/nmat4355

Reageer