Путешествие внутри тела. Электронные таблетки

Колоноскопия и гастроскопия - это очень эффективные диагностические процедуры для обнаружения заболеваний желудочно-кишечного тракта, которые могут быть связаны с онкологическим заболеванием. Эффективные, но малоприятные процедуры - об этом знает любой человек зрелого возраста, который хоть раз в жизни столкнулся с необходимостью пройти подобное обследование. И это является одной из причин, почему колоноскопию проходят не все, кому это необходимо.

За последние несколько лет разработчики из разных компаний занялись созданием различных решений, которые позволят избавить людей от всех неприятных и часто болезненных обстоятельств, связанных с необходимостью проходить подобную диагностику. В результате были разработаны системы, представляющие собой одноразовый контейнер, похожий по форме и размерам на обычную пилюлю, но содержащие электронную начинку, способную выполнять различные задачи. Эти проглатываемые устройства в настоящее время уже начинаю использоваться, хотя пока и недостаточно широко из-за дороговизны самого устройства и малоизвестности технологии.

В этом обзоре мы расскажем о нескольких подобных системах.

PillCam

PillCam - это миниатюрная видеокамера, которую необходимо глотать, как обычную витаминную таблетку. Она путешествует по желудочно-кишечному тракту, посылая врачу четкие изображения на своем пути до выхода из организма.

Эта разработка стала одной из первых систем такого типа, позволяющих осуществлять "путешествие" внутри тела и предоставлять диагностическую информацию. Изобретенный израильскими инженерами этот "эндоскопический аппарат" получил одобрение регулирующих органов и используется с 2001 года.

Израильская компания Given Imaging, которая коммерциализировала PillCam, была приобретена в 2013 году ирландской компанией Covidien. После того, как Covidien в свою очередь была куплена американской компанией Medtronic, платформа PillCam была доработана в рамках уже Medtronic.

Капсульная эндоскопическая платформа PillCam теперь позволяет врачам выявлять аномалии желудочно-кишечного тракта, отслеживать заболевания (такие как болезнь Крона) и оценивать эффективность лечения при болезнях пищевода, желудка, тонкого кишечника и толстой кишки.

В то время как PillCam начала использовать неинвазивную визуализацию, другие изобретатели в области медицины последовали их примеру и разработали дополнительные способы получения изображений изнутри желудочно-кишечного тракта. Давайте рассмотрим некоторые из этих удивительных устройств.

Proteus

Компания Proteus Digital Health также стала одним из пионеров этого рынка, около восьми лет назад разработав "умную" пилюлю, которая используется в качестве инструмента контроля соблюдения пациентами приема медикаментов. Это физиологический сенсор, помещенный в обыкновенную пилюлю. При попадании в желудок его источник питания активируется желудочным соком, примерно так же, как батарея на основе картофельного крахмала. Этот датчик отсылает сигналы в специальное устройство, приклеенное на коже пациента, который затем передает информацию по беспроводной сети в смартфон. Эти данные включают в себя показатели здоровья, положение тела, и верификацию употребления лекарств. Всю информацию можно посмотреть с помощью специализированного приложения, а также делиться ею с врачом.

К сожалению, именно эта компания, которая в 2016 году вошла в список так называемых "единорогов", т.е. компаний-стартапов, стоимость которых превысила $1 млрд., и первой ушла с этого сектора рынка, не справившись с проблемами, связанными с низким спросом. Из-за разрыва партнерства со своим единственным крупным клиентом - фармацевтической компанией Otsuka Pharmaceutical - компания уволила всех сотрудников и подала заявку на защиту в связи с банкротством.

Check-Cap C-Scan

Система C-Scan по утверждению представителей компании Check-Cap является первым в мире проглатываемым устройством для обнаружения полипов толстой кишки без предварительного применения слабительного препарата.

Это возможно потому, что вместо видеоизображения, которое использует, например, PillCam, капсула C-Scan делает рентгеновские снимки при сверхнизких дозах облучения, для которых не требуется чистая толстая кишка. Технология использует микрочип на основе нитрида галлия, который может выдерживать высокое напряжение, необходимое для сенсоров. Этот чип настолько миниатюрен, что разработчики в дальнейшем намерены использовать его для сканирования даже кровеносных сосудов.

Пациент просто проглатывает капсулу вместе с одной столовой ложкой контрастного вещества и добавками волокон при каждом приеме пищи. В течение двух-трех дней система собирает данные, так как она движется естественным путем по желудочно-кишечному тракту. В течение этого времени пациенты продолжают придерживаться своего обычного распорядка дня.

Система также включает в себя интегрированную систему позиционирования, контроля и записи, а также собственное программное обеспечение для создания трехмерной карты внутренней поверхности толстой кишки.

Только в случае обнаружения полипа, что случается до 25% случаев, пациенту необходимо после этого сделать колоноскопию.

Устройство уже одобрено к применению в Европе и Израиле, и сейчас проходит дополнительные клинические исследования для получения аналогичного разрешения в США. В настоящее время компания одновременно готовит производственную инфраструктуру совместно с GE Healthcare и изучает возможности сотрудничества со стратегическими лидерами отрасли.

SAW

У подобных устройств есть один значительный недостаток - врач не может контролировать навигацию капсулы с камерой или то, какие снимки она делает.

Израильские ученые из университета Бен-Гуриона решили попробовать усовершенствовать капсульную эндоскопию с помощью своего микробота SAW (single actuator wave-like bot). Используя запатентованную конструкцию двигательной системы, SAW позволит врачам контролировать движение и положение крошечной камеры для большей точности получения изображений внутренней поверхности кишки. По словам разработчиков,

Вы можете остановить его там, где вы хотите сделать более подробный осмотр, сделать больше снимков и затем продолжить. Потенциально вы даже можете сбросить лекарство в то место, которое показывает камера. Можно остановить робота и затем проверить с помощью ультразвука или другой технологии, что здесь находится, причем вы будете точно знать, где он находится в кишечнике. С обычной камерой PillCam трудно определить точное положение проблемного места.

SAW все еще находится в разработке, поскольку пока устройство недостаточно мало, чтобы его можно было без проблем проглотить. Ученые также улучшают сцепление и подвижность микробота. Предварительные результаты тестирования на свиньях выглядят многообещающими.

Кстати, в прошедший понедельник мы опубликовали новость об устройстве, которое решает эту же задачу контроля навигации при эндоскопии. Но это устройство существенно больше по размерам и не относится к категории электронных пилюль.

TipCAT и ViRob

Израильская компания Microbot Medical изобрела два роботизированных решения для визуализации внутренних трубчатых структур тела - TipCAT и ViRob.

Оба продукта были созданы в лаборатории соучредителя и научного директора компании, технического инженера, профессора Моше Шохама.

ViRob - это автономный "ползучий" микроробот, управляемый дистанционно. Его миниатюрные размеры позволяют ему перемещаться в узких пространствах и изогнутых проходах желудочно-кишечного тракта, кровеносных сосудов или дыхательных путей в течение длительного времени под наблюдением врача. Он может направлять камеру или содержащиеся в нем лекарства или шунты на узкие, извилистые части тела (например, кровеносные сосуды, органы пищеварения и дыхания) и выполнять минимально инвазивные операции в тех местах, где они проводятся с помощью МРТ- и КТ-сканеров.

TipCAT - это самоходный, гибкий, использующий одноразовые модули эндоскоп, обеспечивающий возможности "видеть и лечить" такие трубчатые структуры тела, как толстая кишка, кровеносные сосуды и мочевыводящие пути. Его механизм локомоции предназначен для быстрого и щадящего продвижения по телу.

Он состоит из набора миниатюрных баллонов, которые последовательно надуваются и сдуваются, обеспечивая безопасное и быстрое перемещение устройства внутри структур тела. Как и ViRob, TipCAT поддерживает функциональные инструменты.

Этот миниатюрный робот собирает патенты по всему миру по мере того, как он приближается к нормативному утверждению.

SAMM

Американские специалисты из университета в Юте создали не только своеобразную электронную пилюлю, но и автономного робота для управления ее движениями внутри тела. Пользователь глотает магнитную "пилюлю", ложится на кушетку и все остальное делает робот Spherical Actuator Magnetic Manipulator (SAMM), который с помощью своего манипулятора контролирует таблетку.

Таблетка, которую глотает пациент, содержит, кроме магнита, камеру, микропроцессор и беспроводной передатчик. При процедуре роботизированная рука с мощным магнитным устройством мягко парит над телом. Она локализует таблетку и очень осторожно начинает ее перемещать через желудок, тонкий и толстый кишечник, одновременно просматривая, что в них происходит. Вся информация беспроводным способом передается в программную систему на базе алгоритма искусственного интеллекта, где внимательно анализируются все складки кишечника, где может начаться злокачественный рост тканей. Ну, а миниатюрная таблетка после этого естественным путем выходит наружу, практически незаметно для пациента.

Новое решение принципиально отличается от уже существующих технологий "умных пилюль". Суть в том, что здесь используется активный процесс, когда проглоченная миниатюрная магнитная таблетка проводится через весь желудочно-кишечный тракт при полном контроле внешним устройством. Т.е. человек глотает таблетку, ложится на кушетку, и магнитная пилюля начинает перемещаться с помощью робота от желудка до конца кишечника. Причем все это делается без контакта с телом пациента.

Весь процесс занимает порядка полутора часов, при этом примерно за 15 минут пилюля проходит желудок, 45 минут отводится на тонкий кишечник, который представляет собой самую длинную часть кишечника, и примерно 15 - 30 минут анализируется толстый кишечник.

Osmotic Pill

Американские исследователи из университета Тафтса создали проглатываемое устройство, которое может перемещаться по всей пищеварительной системе, регулярно отбирая пробы изнутри и позволяя ученым и, возможно, однажды врачам лучше изучить роль кишечных бактерий в различных заболеваниях.

Разработанная этими учеными пилюля напечатана с помощью 3D-принтера и имеет покрытие, которое разлагается только при определенных уровнях pH, что позволяет защитить таблетку по ее пути через желудок. Внутри находятся спиральные микрофлюидные каналы, отделенные мембраной от среды внутри кишечника. Бактерии втягиваются осмотическим эффектом через мембрану и попадают в спиральные каналы. Для того, чтобы лучше определить, в каком месте необходимо получить образцы, пилюля содержит крошечный магнит, на который можно воздействовать снаружи, чтобы сориентировать таблетки именно так, как необходимо.

Миниатюрный прибор уже был протестирован на свиньях и приматах и показал впечатляющую способность обеспечивать высококачественный отбор образцов начиная от тонкого кишечника до нижних отделов кишечника.

Обзор подготовлен по материалам Medgadget.com, Advanced Intelligent Systems, Israel21c, PC Mag, Fierce Biotech.