La pillola intelligente 3D: che cos'è e come funziona?

La pillola intelligente 3D: che cos'è e come funziona?
20 gennaio 2019

Ricerca e Prevenzione

Indice

Introduzione

È una pillola digitale intelligente. Si stampa in 3D e, una volta ingoiata, rilascia il farmaco in risposta agli imput che arrivano dallo smartphone, con cui è collegata via bluetooth, ma anche in base alla situazione gastrica che rileva. Questo gioiello tecnologico e terapeutico si chiama 3dpGRE (3d printed gastric resident electronic) e, in attesa di essere testato sull’uomo, ha già dato buoni risultati negli animali, come riporta l'articolo "3D‐Printed Gastric Resident Electronics" pubblicato in Advanced Materials Technologies a firma dei ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (Mit), Draper, Brigham e Women's Hospital di Boston.

immagine che mostra il tavolo di un dottore dove sono appoggiate delle pillole e uno smartphoneÈ invece pronta per il mercato nordamericano la prima pillola digitale approvata dall’Agenzia americana del farmaco (Fda). Meno sofisticata della 3dpGRE, ha comunque un sensore che comunica con lo smartphone per dare informazioni sulla somministrazione del farmaco, un antipsicotico impiegato nella depressione grave e nella schizofrenia. Oltreoceano le terapie digitali, in inglese digital therapeutics o digiceuticals, sono già una realtà. Da qualche anno i medici prescrivono, come se fossero farmaci, app che si scaricano sullo smartphone e servono per controllare diabete, disturbi dell’umore o dipendenze. I digiceutici sono farmaci a tutti gli effetti perché sono approvati da Fda in base ai risultati di studi clinici del tutto simili a quelli fatti per tutte le medicine e i dispositivi medici. Il settore dei digiceutici sta muovendo i suoi primi passi, ma le premesse sono molte.

La pillola 3dpGRE , ad esempio, è un dispositivo digitale che, oltre a non dover essere impiantato con procedure invasive, si ingoia e resta nello stomaco per circa un mese. Comunicando in continuazione con l’esterno è in grado di personalizzare il rilascio di farmaco in base alla situazione del paziente.
Più che un dispositivo, è una rivoluzione perchè il paziente ha, in una pillola, non solo la terapia di un mese, che lo libera dall’assunzione quotidiana di farmaci, ma ha sempre il dosaggio terapeutico ottimale grazie al monitoraggio continuo degli effetti della cura sull’organismo.

Il dispositivo infatti può essere progettato con sensori in grado di rilevare infezioni, reazioni allergiche o altri eventi e rilasciare il farmaco tenendo conto sia di quanto rileva in loco, sia delle indicazioni che arrivano dallo smartphone con cui comunica.
Questo aspetto non è secondario perché potrebbero essere monitorati con continuità pazienti particolarmente fragili come quelli con difese immunitarie ridotte (immunodepressi) o in terapia chemioterapia per il trattamento di un tumore.

 


Come è fatta la pillola 3dpGRE?

La pillola è composta da una capsula e da un dispositivo a forma di Y.
Immagine che mostra una donna nell'atto di ingerire una pillolaLa capsula è stampata in 3D per poter incorporare in maniera semplice tutti i componenti. Una volta ingerita, l’involucro esterno si dissolve e rimane solo il contenuto, un minuscolo dispositivo a forma di Y che si ancora nello stomaco dove può restare per quattro settimane. Uno dei suoi bracci  (2,7 cm) è dotato di quattro piccoli scompartimenti per contenere il farmaco. Ci sono poi le batterie e l’antenna. La regolazione del rilascio graduale del principio attivo per diversi giorni è possibile perché il farmaco è “impacchettato” all'interno di polimeri che si dissolvono in tempi stabiliti. I ricercatori stanno lavorando a un sistema che permetta di inserire farmaci diversi nei quattro compartimenti per somministrare più farmaci aprendo a distanza, grazie al collegamento bluetooth senza fili, i vari comparti, secondo necessità.

I due bracci della Y costituiscono la parte che dà la resistenza all’ambiente dello stomaco che è fortemente corrosivo per la presenza dell’acido cloridrico necessario per digerire le proteine contenute nei cibi, cioè rompere i legami di queste molecole e renderle assorbibili. Per resistere all’acido, la struttura è costituita da strati alternati di materiale rigido e polimeri flessibili e resistenti. In questo modo tutto rimane intatto nonostante l’acidità dell’ambiente gastrico. Attualmente, la pillola è alimentata da una piccola batteria di ossido di argento, ma i ricercatori stanno esplorando fonti energetiche alternative, fra cui lo stesso acido presente nello stomaco. Dopo circa un mese, il sistema Y si rompe in pezzi più piccoli e viene eliminato attraverso il tratto digestivo.

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Utilizzo

Questa pillola potrebbe essere un prototipo per sviluppare una nuova modalità di gestione del paziente e della terapia, con lo smartphone.
“Il nostro sistema”, come spiega Giovanni Traverso, ricercatore di origini italiane, coautore del paper, “potrebbe fornire un metodo di monitoraggio e trattamento a circuito chiuso, in cui un segnale guida il rilascio di un farmaco o l’impostazione del dosaggio del medicinale”.

Immagine che mostra uno stetoscopio stilizzato che li collega a uno smartphoneMa c’è di più.
I ricercatori non escludono che questi dispositivi che si ingoiano possano anche essere utilizzati per comunicare con altri device medici indossabili e/o impiantabili, per raccogliere le informazioni da comunicare allo smartphone del paziente o del medico.
Attualmente, il modello messo a punto potrebbe aiutare i pazienti con Hiv o malaria che devono mantenere severi regimi terapeutici sia come numero di somministrazioni che di dosaggio, ma anche persone con malattie complesse o che richiedono terapie prolungate, soprattutto con farmaci che di solito vengono iniettati.
Molte terapie che attualmente vengono svolte in ospedale, potrebbero essere fatte nella quotidianità della propria casa, con un impatto importante nella qualità della vita del paziente e della sua famiglia, a fronte anche di una drastica riduzione dei costi sanitari per ricoveri o esami.

Inoltre, questo tipo di sensore può essere utilizzato per diagnosticare i primi segni di malattia e quindi rispondere precocemente con i farmaci appropriati a dosi più basse, riducendo gli effetti collaterali.
Alcune persone ad alto rischio di infezione, come i pazienti sottoposti a chemioterapia o farmaci immunosoppressivi potrebbero essere continuamente monitorati e trattati in base alle loro condizioni.
Nel momento in cui i sensori rilevassero un'infezione, la capsula inizierebbe a rilasciare antibiotici. Oppure, il dispositivo potrebbe essere progettato per rilasciare antistaminici, quando rileva una reazione allergica.

In questo caso hanno un ruolo importante i sensori in grado di rilevare alcuni parametri vitali. In uno studio precedente gli stessi autori hanno descritto sensori in grado di rilevare frequenza cardiaca e frequenza respiratoria. In questo articolo "3D‐Printed Gastric Resident Electronics" hanno dimostrato che la capsula può essere utilizzata per monitorare la temperatura e trasmettere tali informazioni direttamente a uno smartphone posto alla distanza di braccio.
Attualmente i risultati sono stati ottenuti sui maiali, ma entro circa due anni, i sensori ingeribili potrebbero essere testati nell’uomo.
Tornando all’involucro della pillola intelligente, anche la scelta della stampa 3D multimateriale è strategica perché si tratta di una tecnologia di produzione estremamente versatile.
Con una stampante 3D a disposizione, di possono progettare pillole digitali con capsule multistrato e di dimensione personalizzata e prevedere, l’impiego di materiali in grado di avere una residenza gastrica definita in base alla durata della terapia. Si tratta di un livello di personalizzazione delle cure impensabile senza il supporto della tecnologia.
 

Una pillola digitale è già stata approvata in America

Non è intelligente come la 3dpGRE, ma la prima pillola digitale che parla con lo smartphone ha già ottenuto, lo scorso novembre, l’approvazione dall’Agenzia americana del farmaco (Fda). Si tratta dell’antipsicotico Abilify MyCite, pillola digitale, a base di aripripazolo, nata dalla collaborazione tra la giapponese Otsuka, e l’azienda high tech californiana Proteus Digital Health.

Immagine che mostra un paziente mentre col proprio smartphone controlla le pillole e la loro azionePrima pillola digitale a raggiungere il mercato americano, è indicata per la schizofrenia, il disturbo bipolare e la depressione maggiore. Rispetto al farmaco (Abilify), questa pillola (che costa 1650 dollari al mese) ha un sensore grande come un granello di sabbia che, a contatto con i succhi gastrici, si attiva e comunica con un cerotto applicato sulla pelle del paziente.

A sua volta, il cerotto è dotato di un sensore che registra la data e l'ora dell’ingestione della compressa (oltre ad altri dati fisiologici) e comunica queste informazioni a un'app (AbilfyMyCite) scaricata sullo smartphone del paziente. Tutti i dati sono ovviamente registrati e visibili anche al medico.
Questo nuovo sistema risponde alla necessità del singolo paziente  di mantenere continuo e costante l’effetto dei farmaci. Lo stesso sistema della pillola digitale è in fase di studio per l’impiego in altre patologie come quelle cardiovascolari, l’ictus, l’Hiv e il diabete.

Questa tecnologia potrebbe risolvere molte questioni, dal monitoraggio dell’aderenza al terapia, al controllo del dosaggio di antidolorifici oppioidi per il controllo del dolore dopo interventi chirurgici.

Mentre l’America è già entrata nell’era dei digiceutici, l’Europa, quindi anche l’Italia non ha ancora normative in grado di definire l’impiego di questi farmaci da smartphone. Il percorso è però già segnato.
In collaborazione con
Maddalena Guiotto

Maddalena Guiotto

Giornalista con laurea in farmacia e master in bioetica, ho sempre scritto di salute, sanità e farmaceutica. Ho maturato esperienze professionali a livello di agenzie stampa internazionali, Tv, carta stampata e siti web. Nel collaborare con testate come "Le Scienze", "Corriere Salute", "Aboutpharma" e "iFarma", ho potuto affinare le mie competenze in vari aspetti del giornalismo su web. Oggi scrivo anche di benessere e digital health, sempre partendo da dati scientifici certi e documentati.