قرص های دیجیتالی که میتوانند پزشکی را متحول کنند

کپسول ها بلعیده می شوند، در بدن حرکت می کنند، مناطق  در گیر شده بیمار را کشف می کنند - و سپس به طور موثر بافت را ترمیم می کنند. شبیه یک فیلم علمی تخیلی به نظر می رسد. اما همانطور که اغلب اتفاق می افتد، به نظر می رسد آنچه کارگردانان روی پرده نمایش داده اند در نقطه ای به واقعیت می رسد
قرص های دیجیتال در واقع می توانند به زودی ،پزشکی را متحول کنند. کپسول ها باید مجهز به دارو و وسایل الکترونیکی باشند و درمان بیماری های دشوار را هدفمندتر، با دوز مناسب و ملایم تر کنند.
قرص های الکترونیکی قابل برنامه ریزی، اطلاعات پزشکی را از معده و روده به پزشک منتقل می کنند. این بامکان را به پزشکان می دهد تصویر دقیقی از فرآیندهای پاتولوژیک در بدن به دست آورد. کپسول‌های هوشمند که توسط کامپیوتر و فرمان‌های رادیویی کنترل می‌شوند، محموله‌های شفابخش خود را در دوزهای جداگانه دقیقاً در زمان مناسب در منبع بیماری قرار می‌دهند.
نیمی از مواد فعال و نیمی با لوازم الکترونیکی پر شده است
مطالعات فعلی ،نرخ رشد زیادی را برای به اصطلاح قرص های هوشمند در آینده نزدیک پیش بینی می کند. راه را با دوربین‌های کوچک کپسوله‌ای هموار کردند که بلعیده می‌شوند و سپس تصاویری از دستگاه گوارش مانند آندوسکوپ ارسال می‌شوند. برای چند سال، آنها در معاینات غربالگری سرطان کولورکتال به ویژه در ایالات متحده مورد استفاده قرار گرفته اند. اما قرص های هوشمند واقعی می توانند کارهای بیشتری انجام دهند.
اینتلیکاپ نام قرص الکترونیکی است که شرکت هلندی Medimetrics از آیندهوون، یک شاخه از گروه فناوری فیلیپس، به تازگی ارائه کرده است. قرص پلاستیکی شفاف که به سختی بزرگتر از یک کپسول ویتامین معمولی است، نیمی از آن با پودر یا ماده فعال مایع و نیمی دیگر با لوازم الکترونیکی پر شده است. حسگرهای کوچکی که کنترل و رهاسازی دارو را با استفاده از مقدار pH و دمای بدن امکان‌پذیر می‌کنند، پردازنده‌هایی برای کنترل از طریق رایانه یا تلفن همراه، یک میکروپمپ و یک آنتن کوچک برای انتقال داده‌ها.
جف شیمیزو از Medimetrics می گوید: «کپسول را می توان مانند یک قرص ویتامین بلعید. با این حال، این قرص هوشمند نه تنها اطلاعات را در زمان واقعی از بدن ارائه می دهد: "ما فقط می خواهیم از آن برای رساندن داروها به جایی که نیاز است استفاده کنیم."

درمان پارکینسون یا هپاتیت با کپسول های دیجیتال

در طول سفر از طریق معده، روده کوچک و بزرگ، کپسول الکترونیکی مقادیر pH مربوطه را اندازه گیری می کند که سطح اسیدی یا بازی را در دستگاه گوارش نشان می دهد. مقادیر به رایانه منتقل می شوند و برای تعیین مکان استفاده می شوند. زیرا در حالی که اسید کلریدریک در معده به دست می آید، مقدار pH با عبور از روده کوچک و قلیایی شدن آن به صورت جهشی افزایش می یابد تا دوباره به مقادیر کمی اسیدی در روده بزرگ برسد. وقتی قرص به مقصد می رسد، مقدار برنامه ریزی شده دارو را پمپ می کند و از راه دور توسط کامپیوتر کنترل می شود.
این شرکت به همراه شرکای صنعت داروسازی آزمایش کرده است که کدام داروها برای استفاده در قرص های قابل برنامه ریزی مناسب هستند. شیمیزو می گوید: «اینها برای مثال، عوامل شیمی درمانی و دارو برای درمان پارکینسون یا هپاتیت هستند که در آنها انتقال هدفمند ماده فعال از روده به خون مهم است.
در پایان سفر در بدن، قرص الکترونیکی دفع می شود. سپس دوباره به عنوان زباله الکترونیکی ظاهر می شود - بنابراین نباید در توالت دور ریخت. این موضوع چالش های متعددی را برای شرکت ایجاد می کند. شیمیزو اطمینان می دهد: "ما هنوز در حال کار بر روی بهبود حفاظت از محیط زیست هستیم."
پزشکان می توانند مصرف را کنترل کنند

شرکت ژاپنی Otsuka Pharma نیز همراه با سازنده آمریکایی Proteus Digital Health یک قرص دیجیتال تولید کرده است. این شامل یک عامل روان درمانی ساخته شده توسط شرکت ژاپنی است که به زمان دقیق مصرف بستگی دارد. این توسط یک تراشه الکترونیکی به اندازه یک دانه شن کنترل می شود که در کپسول نیز قرار دارد. قرص و حسگر آن بلعیده می شوند. تراشه حسگر از یک طرف با منیزیم و از طرف دیگر با مس پوشیده شده است.
اگر این دو فلز با اسید معده تماس پیدا کنند، جریان ضعیفی جریان می یابد و سیگنالی به دنیای خارج و به طور دقیق تر به یک گچ مخصوص که به پوست بیمار می چسبد ارسال می شود. سیگنال را تقویت می کند و آن را به تلفن همراه پزشک می فرستد، او اکنون می داند که بیمار دارو را به درستی مصرف کرده است. این دو شرکت تاکید می کنند که هدف کنترل مصرف منظم است - زیرا بیماران اغلب داروهای خود را به طور منظم به اندازه لازم برای موفقیت درمان مصرف نمی کنند.
هر دو شریک درخواستی را برای تایید قرص دیجیتال خود به سازمان غذا و دارو (FDA) ارسال کرده بودند، آژانسی که ایمنی و اثربخشی داروها را در ایالات متحده نظارت می کند. با این حال، FDA در ابتدا نپذیرفت و خواستار داده های جامع تری برای اثبات مزایا شد. در هر صورت، تولیدکنندگان از این متقاعد شده اند: "ما معتقدیم که این داروی دیجیتال مناسب در زمان مناسب است." این سازنده ژاپنی که از انقضای حق ثبت اختراع داروهای پرفروش خود رنج می برد، کاملاً بر فناوری جدید متکی است.
یک باتری قابل کمپوست

کریستوفر بتینگر و تیمش از دانشگاه کارنگی ملون در پیتسبورگ بلوک‌های ساختمانی برای قرص‌های هوشمند تولید می‌کنند. ماژول ها با این واقعیت مشخص می شوند که نه تنها از نظر بیولوژیکی سازگار هستند، بلکه زیست تخریب پذیر نیز هستند. Bettinger همچنین از موادی استفاده می کند که خود زندگی فراهم می کند.
مثال: باتری زیست سازگار که پس از مدت زمان معینی به مواد اولیه زیست تخریب پذیر تجزیه می شود. او اخیراً نمونه اولیه را در مجله Proceedings of the National Academy of Sciences ارائه کرده است. ماده آند مورد استفاده ملانین است، یک رنگ بیولوژیکی که به عنوان مثال مسئول رنگ تیره پوست و مو در انسان است. کاتد از اکسید منگنز تشکیل شده است. Bettinger تأکید می‌کند که هر دو ماده کاملاً زیست‌سازگار هستند و زمانی که باتری از عمر برنامه‌ریزی‌شده خود فراتر رود، بدن کاملاً تجزیه می‌شود. با این حال، باتری ملانین هنوز عملکرد باتری های لیتیومی معمولی را به دست نمی آورد.
Bettinger از پتانسیل فناوری جدید متقاعد شده است. او با گروه کاری خود، در حال حاضر روی حسگرهای زیست تخریب پذیر بیشتر کار می کند که می خواهد کپسول های دارویی هوشمند را با آنها تجهیز کند: "دستگاه گوارش حاوی بسیاری از نشانگرهای زیستی مهم تشخیصی است و بنابراین نقاط حمله را برای درمان های جدید به ما نشان می دهد."
استرس بسیار کمتری به بیمار وارد می شود
در موسسه سیستم‌های هوشمند ماکس پلانک در اشتوتگارت، تیمی به رهبری پروفسور متین سیتی یک آندوسکوپ کپسولی نرم توسعه داده‌اند. Masce - مخفف Magnetically Actuated Soft Capsule Endoscope - هنوز به صورت مغناطیسی از طریق دستگاه گوارش هدایت می شود. هدف محققان این است که یک روز این کپسول به تنهایی راه خود را از طریق دستگاه گوارش پیدا کند. سیتی می‌گوید: «ما تصور می‌کنیم که در آینده پزشکان از آن برای تجویز مقادیر کمی دارو در معده یا روده‌ها استفاده کنند، به عنوان مثال در مورد التهاب یا تومورهای فردی.»
درمان پزشکی در آینده
در مناطقی که هیچ درمانگاهی در آن نزدیکی نیست، مراقبت های پزشکی می تواند از طریق اینترنت انجام شود. در پالاتینات، نوعی درمان برای آینده در حال آزمایش است
بسیاری از افراد، به ویژه افراد مسن، در صورت بلعیدن مواد، نمی توانند آن را تحمل کنند. محقق می‌گوید: با استفاده از Masce، می‌توانیم مقادیر کمی از ماده فعال را به روشی بسیار هدفمندتر مستقیماً در محل آزاد کنیم. بار بیمار کمتر خواهد بود. حتی می توان تصور کرد که ماسچ برای درمان التهاب یا تومور در مدت زمان طولانی تری در معده باقی بماند .
آندوسکوپ کپسولی 24 میلی متری از دو آهنربا کنترلی و محفظه ای برای مواد دارویی تشکیل شده است. یک میدان مغناطیسی خارجی، مواد نرم خود را به یک دیسک ضخیم فشرده می کند که حتی زمانی که میدان مغناطیسی خاموش است، شکل خود را حفظ می کند. این به کپسول اجازه می دهد تا چند روز در معده بماند.
یک دوربین روی صفحه از ساختارهای پوشش معده مانند چین‌ها و فرورفتگی‌ها فیلم می‌گیرد. نمونه‌های بافت را می‌توان با استفاده از یک گیره کوچک که همراه آن حمل می‌شود، برداشت. به محض پایان درمان، یک میدان مغناطیسی خارجی دوباره می تواند نیروی جاذبه بین دو آهنربای کپسولی را تضعیف کند. در نتیجه، کپسول به شکل اولیه خود باز می گردد و می تواند خروجی معده را به سمت روده ها عبور دهد، جایی که به طور طبیعی دوباره ظاهر می شود.
نقشه سه بعدی ناحیه معده

معایب این روش درمانی چیست و چگونه باید ان هارا برطرف کرد

اما هنوز یک مشکل در جهت گیری وجود دارد: دوربینی که در حال حاضر در Masce تعبیه شده است تنها یک لنز دارد. از آنجایی که همه چیز از یک زاویه فیلمبرداری شده است، تخمین اینکه ساختارهای مخاط معده در تصاویر چقدر عمیق هستند دشوار است. این مهم است تا بتوان ریزگیرها یا مواد مخدر را تا میلی متر آزاد کرد.
بنابراین هدف اصلی محققان استفاده از آندوسکوپ کپسولی برای ایجاد یک نقشه سه بعدی دقیق از داخل معده برای هر بیمار در آینده است تا پزشک بتواند دقیقاً در حین عمل یا هنگام قرار دادن دارو جهت گیری کند. این نقشه باید ساختارهایی را نشان دهد که ریزتر از یک میلی متر هستند. تومورها یا التهاب ها نیز باید به وضوح در آن قابل مشاهده باشند.
محققان با "نقاط برجسته" فردی مانند چین‌خوردگی‌های قابل توجه در غشای مخاطی یا رگ‌های خونی کمک می‌کنند. سپس می توان از یک برنامه کامپیوتری توسعه یافته ویژه برای محاسبه شکل سه بعدی ساختارهای مخاطی معده استفاده کرد.
متخصصان رباتیک رویکرد بسیار گسترده تری دارند. شما می خواهید ربات کپسولی را به ابعاد سلول کوچک کنید. چنین سیستم های مستقلی که میلی بات نامیده می شوند، آن قدر کوچک خواهند بود که نه تنها در معده و روده ها، بلکه در داخل رگ های خونی و سایر اندام ها نیز کار می کنند.
اما چنین روبات های کوچکی یک مشکل اساسی دارند. هرچه کوچکتر باشند، انرژی کمتری برای تامین انرژی در آنها ذخیره می شود. اگر باتری ها را به ابعاد میکرومتری کوچک کنید، به سرعت به محدودیت ها می رسید. به همین دلیل است که محققان بر انتقال انرژی از طریق میدان های مغناطیسی تکیه می کنند. اما سال ها طول می کشد تا بتوان از چنین میلی بات در بیماران استفاده کرد