Eine Pille, die bestätigt, dass Sie Ihr Medikament tatsächlich geschluckt haben

Durch die Verwendung einer temporären Faradayschen Käfigbeschichtung, die sich innerhalb von Minuten auflöst, liefert die SAFARI-Kapsel einen hochspezifischen Nachweis der Pilleneinnahme, ohne Batterien, Rückholung oder langfristigen Elektroschrott.

Studie: Bioresorbierbare RFID-Kapsel zur Beurteilung der Medikamenteneinhaltung. Bildnachweis: Grycaj/Shutterstock

In einer aktuellen Studie veröffentlicht in NaturkommunikationForscher entwickelten und testeten Smart Adherence via FARaday Cage And Resorbable Ingestible (SAFARI), das die Einnahme bestätigt, sobald sich seine Schutzschicht im Magen auflöst, und einen passiven RFID-Tag aktiviert, wobei eine zeitlich begrenzte Abschirmungsstrategie verwendet wird, um die Signalspezifität erst nach der Einnahme sicherzustellen.

Warum die Überprüfung der Einhaltung einen neuen Ansatz erfordert

Jedes Jahr führt die Nichteinhaltung von Medikamenten in den Vereinigten Staaten zu 125.000 vermeidbaren Todesfällen und kostet über 100 Milliarden US-Dollar. Ausbleibende Dosen sind nicht nur Vergesslichkeit; Es kann Diabetes und Bluthochdruck verschlimmern, die HIV-Behandlung beeinträchtigen und arzneimittelresistente Infektionen verstärken. Die meisten Einhaltungskontrollen basieren auf Selbstauskünften, Nachfülldaten oder intelligenten Flaschen, die getäuscht werden können.

Verschluckbare elektronische Geräte können das Verschlucken bestätigen, aber viele Designs hinterlassen nicht abbaubare Teile, was Bedenken hinsichtlich langfristiger Magen-Darm-Schäden und Elektroschrott aufkommen lässt. Umweltfreundliche Systeme, die die Einnahme überprüfen, ohne dass Batterien oder Entnahme erforderlich sind, könnten die Überwachung im Gesundheitswesen erleichtern. Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um die Sicherheit, Zuverlässigkeit und Anwendbarkeit beim Menschen zu bestätigen.

Wie die SAFARI-Kapsel entwickelt wurde

Das Forschungsteam erstellte ein passives RFID-Tag unter Verwendung einer dünnen Zelluloseacetatbasis, eines Bioklebstoffs aus Polyglykolsebacat, gemusterten Zinkfolien-Antennenspuren und eines RFID-Mikrochips, der nicht bioresorbierbar, aber klein und biokompatibel ist. Sie schützten die elektrischen Kontakte mit Poly(milch-co-glykolsäure). Das Etikett war so geformt, dass es in eine Gelatine- oder Hydroxypropylmethylcellulosekapsel der Größe 000 zusammen mit einer Nutzlast passte.

Um einen „Aus“-Zustand zu erzeugen, beschichteten sie die Kapsel mit einem EMI-Schutz aus Hydroxyethylcellulose, gemischt mit Molybdän- oder Wolfram-Mikropartikeln. Dadurch bildete sich ein Faradayscher Käfig, der bis zur Auflösung in der Magenflüssigkeit verblieb, wodurch eine vorzeitige Erkennung vor der Einnahme verhindert und eine zeitlich begrenzte Aktivierung nur im Magen ermöglicht wurde. Sie maßen die elektrische Leistung mit einem Lesegerät und einer Panel-Antenne und verfolgten den Indikator für die empfangene Signalstärke im gesamten UHF-Band nahe 915 MHz.

Die Wirksamkeit der Abschirmung wurde mit Nahfeldsonden und einem Vektornetzwerkanalysator beurteilt. Die Forscher bewerteten auch die mechanische Integrität der Kapsel während des Ladens mithilfe einer Finite-Elemente-Analyse. Um die Machbarkeit zu testen, verwendeten sie Yorkshire-Schweine nach endoskopischer Einschleusung in den Magen. Röntgenaufnahmen bestätigten die Position der Kapsel und die Messwerte erfassten die Identität und Häufigkeit der Markierung während der Auflösung. Sie maßen die Metallionenfreisetzung in simulierter Magenflüssigkeit mit optischer Emissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma und überprüften den Abbau von Hydroxyethylcellulose mithilfe der Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie.

Die vorübergehende Abschirmung ermöglicht eine zuverlässige magenspezifische Aktivierung

Das SAFARI-Konzept kombinierte eine RFID-Antenne aus Zinkfolie mit einem temporären Schutzschild und hielt das Etikett inaktiv, bis es den Magen erreichte. Dieser Ansatz reduzierte auch Fehlalarme und vermeidete Geräte, die aufgeladen, entnommen oder entsorgt werden mussten. Prüfstandstests zeigten, dass das Zinketikett bei 915 MHz resonierte und in einer Entfernung von etwa 10–20 Zentimetern mit stabilen Empfangssignalstärkewerten gelesen werden konnte. Die Messwerte blieben innerhalb der FCC-Grenzwerte, wenn sie an Luft, in einer Gelatinekapsel und in herausgeschnittenem Schweinemagengewebe gemessen wurden.

Finite-Elemente-Simulationen zeigten, dass das Biegen des Etiketts, damit es in eine Kapsel der Größe 000 passt, die Verbindung zwischen Antenne und Chip nicht störte. Beim Eintauchen bei Körpertemperatur (37 °C) in simulierte Magenflüssigkeit oder echte Magenflüssigkeit zerfielen die Zinkantenne und die Einkapselung in weniger als einer Woche. Das erweichte Celluloseacetat-Substrat wurde über mehrere Wochen langsamer abgebaut, war aber so konzipiert, dass es erweicht und durch den Magen-Darm-Trakt gelangt.

Für den „Schalter“ entwickelten Forscher eine druckbare EMI-Beschichtung aus Hydroxyethylcellulose und Metallmikropartikeln. Molybdänfüllstoffe führten zu dem niedrigsten Schichtwiderstand und erreichten etwa 0,8 Ohm pro Quadrat bei einem Massenverhältnis von Hydroxyethylcellulose zu Molybdän von etwa 1:11. Die Rasterelektronenmikroskopie ergab eine gleichmäßige Partikelverteilung.

Hochfrequenzübertragungstests, die von 700 Megahertz bis 1,2 Gigahertz durchgeführt wurden, ergaben, dass der Molybdän-Verbundwerkstoff eine größere Dämpfung aufwies als Wolfram. Bei 915 MHz erreichte der Molybdän-Verbundwerkstoff eine Abschirmwirkung von nahezu 25 Dezibel, während Wolfram etwa 15 Dezibel erreichte. Dies stand im Einklang mit einem Faradayschen Käfigmechanismus, der ein- und ausgehende Hochfrequenzenergie blockierte. Messungen ergaben, dass die Beschichtung und das Etikett nur einen kleinen Teil des Kapselraums einnahmen, so dass der größte Teil des Volumens für Medikamente zur Verfügung stand.

Bei lebenden Schweinen bestätigten Endoskopie und Röntgenbildgebung die Kapselposition und verfolgten die Auflösung während realistischer klinischer Verfahren. Der Überzug quoll bei Kontakt mit Magensaft auf. Es aktivierte das Gerät innerhalb von etwa 0,5 bis 3 Minuten, wechselte das Gerät von einem „Aus“- in einen „Ein“-Zustand und ermöglichte ein kontinuierliches externes Auslesen der Identität und Betriebsfrequenz des Tags.

Über mehrere Geräte hinweg blieben die im Magen erfassten Signale im Bereich von ~900–925 MHz, selbst wenn die Tags schwebten oder vollständig in der Magenflüssigkeit eingetaucht waren. In vitro Bei Tests zur Ionenfreisetzung wurden über drei Tage hinweg steigende Konzentrationen von Zink und Molybdän festgestellt, wobei Zink am ersten Tag einen Höchstwert von etwa 5 Teilen pro Million erreichte und am dritten Tag eine Sättigung erreichte, als die Komponenten abgebaut wurden. In vivo Sicherheitsüberprüfungen ergaben keinen signifikanten Anstieg der Zink- oder Molybdänspiegel im Serum nach der Dosierung, was bei Schweinen erste Sicherheitssignale lieferte, was darauf zurückzuführen ist, dass es sich bei diesen Metallen um essentielle Mikronährstoffe handelt und dass die Nahrungsaufnahme die in der Kapsel enthaltenen Mengen übersteigt.

SAFARI bietet einnahmespezifische Adhärenzdaten ohne Batterien

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine bioresorbierbare RFID-Kapsel auf Komponentenebene die Einnahme von Pillen bestätigen und gleichzeitig den Elektroschrott reduzieren kann. Indem das Etikett so lange inaktiv bleibt, bis sich die Faraday-Käfig-Beschichtung im Magen auflöst, kann das System hochspezifische Bestätigungssignale für die Einnahme liefern, indem es die Hochfrequenzkommunikation zeitlich begrenzt und damit über Selbstberichte oder intelligente Flaschen hinausgeht.

Eine solche Bestätigung könnte in gezielten, hochwirksamen klinischen Situationen wie der Opioidverantwortung und der HIV-Therapie wertvoll sein, wo versäumte Dosen schwerwiegende Auswirkungen haben können. Allerdings passiert der Mikrochip immer noch den Darm und seine Leistung muss über verschiedene Ernährungsgewohnheiten, Mobilitätsmuster und reale Platzierungsszenarien von Lesegeräten, wie etwa tragbare oder Umweltantennen, validiert werden. Im Einklang mit den Prioritäten der WHO sind größere Versuche am Menschen und langfristige Sicherheitsbeobachtungen vor der Einführung unerlässlich, statt sie auf den Massenmarkt zu bringen.

Quellen: