今日、埋め込み型医療機器は患者の病状や特定の治療の効果について、これまで以上に多くの情報を医師や研究者に提供するために、体内を継続的にモニタリングしています。また、エンジニアたちは患者が飲み込めるデバイスの開発にも取り組んでおり、医師と患者は可能な限り危険な外科手術やその他の侵襲的処置を回避できます。理想的には、これらのデバイスは体内の状態を継続的にモニタリングしたり薬剤を放出したりし、役割を果たした後は体内に害を与えることなく通過します。現在、いくつかのデバイスが市場に出回っていますが、これらのデバイスにとって最大の技術的障害の一つは、無毒の電力源を見つけることです。カーネギーメロン大学の研究者、クリストファー・ベッティンガー氏が本日Trends in Biotechnology誌に発表したレビューによると、最善の解決策は、体内の特有の化学環境を利用して機能するバッテリーを開発し、そのバッテリーを体が既に必要とする金属で構成することかもしれません。
摂取型デバイスはしばしば半侵襲性デバイスと呼ばれます。体内に留まり、埋め込み型デバイスとほぼ同様のデータを収集できますが、同様のリスクは多くありません。1970年代に登場した初期のデバイスはシリコン製で、体温や消化管の特定部位のpH値などの情報を収集できました。今日では、デバイスはより小型化され、はるかに高度化しており、薬物が体内でどのように分解されるかを追跡することも可能です。
飲み込み型カメラ「ピルカム」で撮影した結腸の記録をご覧ください
しかし、これらの機器には独自のリスクが伴います。詰まって腸閉塞を引き起こしたり、破損して有毒化学物質が体内に漏れたりする可能性があり、クローン病や潰瘍性大腸炎などの病気による炎症が原因で腸の問題を抱えている患者では、これらのリスクはさらに高まります。主な懸念事項はバッテリーです。これらの機器はリチウムイオン電池や酸化銀電池で駆動されることが多く、高濃度にさらされると有毒となる可能性があります。バッテリーの毒性を軽減するため、研究者たちは天然化合物と無毒の金属を使った新しいタイプのバッテリーの開発に取り組んでいます。胃酸が機器に電力を供給する化学媒体となり、残りの部品はマグネシウム、カルシウム、ナトリウムなど、体がすでに必要としている生分解性金属で作ることができるでしょう。
これまでのところ、研究者たちは一定の進歩を遂げています。しかし、これらの新しい電源を機能させるのはかなり困難でした。体に害を及ぼさず、同時に胃や腸の過酷な化学環境下で急速に腐食したり分解したりしない金属を見つけるのは困難だったのです。しかし、研究者がより優れたバッテリーを開発できれば、この半侵襲性デバイスの用途は、腸内細菌叢に関する科学者の理解を深めたり、体の特定の部位に放出できる治療法に利用したりするなど、さらに多岐にわたる可能性があります。
「医療問題への貢献が期待される材料、発明、そして発見には、急速な進歩が数多くあります」と、本研究の著者であるベッティンガー氏はプレスリリースで述べています。「既存の薬剤の効果を最大限に引き出すデバイスを開発できれば、それは非常に魅力的な価値提案となります。これらのデバイスは、今後5～10年以内に患者を対象とした試験が可能になると考えています。」
