Ingestible gastric-resident electronic metamaterials architecture (iGEM) for the treatment of obesity

用于治疗肥胖症的可摄入胃驻留电子超材料架构(iGEM)

基本信息

  • 批准号:
    10688246
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 34.28万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-09-01 至 2026-05-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Project Summary Obesity affects more than 1.4 billion adults worldwide and is a significant risk factor for chronic diseases such as hypertension, diabetes, and cardiovascular diseases. Present non-operative treatment options of obesity are woefully inadequate. Bariatric surgery is effective but invasive, costly, and associated with significant morbidity. Intragastric balloons (IGB) have been demonstrated to be effective in enabling temporary weight loss (~25-30% of excess body weight), allowing the improvement of metabolic parameters. However, IGB is a passive mechanical construct that cannot be monitored or controlled upon insertion and require endoscopy delivery. These fundamental attributes limit the reach of IGB to very selected patients as a temporary treatment or as a bridging intervention to bariatric surgery despite its effectiveness. The proposed research will overcome the fundamental limitations of IGB by creating an ingestible gastric-resident electronic-enhanced metamaterial architecture (iGEM). In stark contrast to the current strategies, iGEM can transform obesity treatment with a digital-based personalized and dynamic treatment strategy. iGEM allows the dynamic tuning of gastric restrictive effect, which can be optimized based on safety consideration, patient’s treatment goals, and the quality of life desired. For example, feedback-based control of the device distension can prevent excessive pressure point or over-inflation that may lead to ulcer formation; or to avoid intestinal obstruction due to premature disintegration. The ability to adjust gastric restrictive pressure can enhance treatment effectiveness to account for gastric accommodation. The ability to acquire sensing data can help elucidate the complex relationship between the restrictive effect of intragastric devices and treatment effectiveness. This research leverages Kong’s expertise in creating entirely 3D printable electronics and ingestible electronics, (2) Wang’s (Ph.D.) expertise in meta- materials design, and (3) Fang’s (M.D.) extensive clinical and clinical research experience in IGB usage and intragastric devices. Specifically, we will (1) develop wireless resonant-enhanced 3D printable gastric pressure sensors with a hybrid core-shell printing methodology that allow the integration of pressure sensors on a wide range of intragastric systems; (2) develop wirelessly triggered transformable active metamaterials architecture that is capable of achieving wirelessly triggered reversible structural reconfiguration, allowing the oral ingestion of the device, dynamic control of expansion to tailor gastric restriction effect and the safe excretion of the device without risk of intestinal obstruction; (3) develop and evaluate iGEM longitudinal wireless pressure sensing and triggerable volume control capability that can sustain the complex and dynamic gastric environment for a prolonged period of time (30 days). Upon completion of the proposed research, the foundation established by this proposed work is also applicable to include a wide range of inductance/capacitance-based sensors (temperature, biochemical, bacterial), as well as various ingestible or implantable systems such as stents, enabling multivariate longitudinal sensing and unprecedented control.
项目概要 肥胖影响着全球超过 14 亿成年人,是慢性病的重要危险因素,例如 目前肥胖症的非手术治疗选择有高血压、糖尿病和心血管疾病。 令人遗憾的是,减肥手术虽然有效,但具有侵入性、成本高昂,并且发病率很高。 胃内气球 (IGB) 已被证明可有效实现暂时减肥(约 25-30%) 体重增加),从而改善代谢参数。然而,IGB 是一种被动的。 插入时无法监测或控制且需要内窥镜检查的机械结构。 这些基本属性限制了 IGB 作为临时治疗或作为临时治疗方法仅适用于特定患者。 尽管其有效性,但拟议的研究将克服减肥手术的桥梁干预措施。 通过创建可摄入的胃驻留电子增强超材料来克服 IGB 的基本局限性 架构(iGEM)与当前的策略形成鲜明对比,iGEM 可以通过以下方式改变肥胖治疗: 基于数字的个性化和动态治疗策略允许动态调整胃限制。 效果,可以根据安全考虑、患者的治疗目标和生活质量进行优化 例如,基于反馈的设备距离控制可以防止过度的压力点或压力。 过度充气可能导致溃疡形成;或避免因过早崩解而造成肠梗阻。 调节胃限制压力的能力可以提高治疗效果,以解决胃病的问题 获取传感数据的能力可以帮助阐明两者之间的复杂关系。 这项研究利用了 Kong 的专业知识。 在完全创造 3D 打印电子产品和可摄入电子产品方面,(2) Wang(博士)在元- 材料设计,以及 (3) Fang(医学博士)在 IGB 使用和治疗方面拥有丰富的临床和临床研究经验 具体来说,我们将 (1) 开发无线共振增强型 3D 打印胃压装置。 采用混合核壳印刷方法的传感器,允许将压力传感器集成在广泛的 (2)开发无线触发的可变形主动超材料架构 能够实现无线触发的可逆结构重构,从而允许口服摄入 装置的动态控制扩张以适应胃限制效果和装置的安全排泄 无肠梗阻风险;(3) 开发和评估 iGEM 纵向无线压力传感和 可触发的容量控制能力,可以维持复杂和动态的胃环境 完成拟议的研究后,基金会将在很长一段时间内(30天)建立。 这项拟议的工作也适用于包括各种基于电感/电容的传感器 (温度、生化、细菌),以及各种可摄入或可植入系统,如支架、 实现多变量纵向传感和前所未有的控制。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Fractal patterns in the parameter space of a bistable Duffing oscillator.
双稳态杜芬振荡器参数空间中的分形图案。
  • DOI:
    10.1103/physreve.108.l022201
  • 发表时间:
    2023-01-26
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Md Nahidul Hasan;Taylor E. Greenwood;R. Parker;Y. Kong;Pai Wang
  • 通讯作者:
    Pai Wang
Ingestible Functional Magnetic Robot with Localized Flexibility (MR-LF).
具有局部灵活性的可摄入功能磁性机器人(MR-LF)。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Greenwood, Taylor E;Cagle, Henry;Pulver, Benson;Pak, On Shun;Lin Kong, Yong
  • 通讯作者:
    Lin Kong, Yong
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  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 34.28万
  • 项目类别:
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