Cápsula insuflável para o tratamento da obesidade

Abstract

O tratamento da obesidade quando baseado apenas em alterações do estilo de vida revela-se ineficaz a longo prazo. Existem tratamentos mais definitivos, contudo são normalmente muito invasivos, cirurgicamente complexos e acarretam um elevado risco para o paciente. O tratamento com balão insuflável é uma alternativa definitiva e com uma complexidade cirúrgica reduzida comparativamente aos restantes métodos. No entanto, a forma tradicional da sua colocação (endoscopia digestiva alta) causa desconforto e risco para o paciente. Assim, é importante o estudo e desenvolvimento de um método inovador que permita contornar estes problemas. Esta dissertação teve como principal objetivo o planeamento, simulação e fabrico de duas cápsulas (design 1.0 e design 2.0) acionadas magneticamente com a capacidade de insuflar um balão gástrico. O recurso ao acionamento magnético permite ultrapassar uma das grandes limitações das cápsulas ingeríveis atuais, a autonomia energética. O balão foi insuflado até um volume de 150 ml utilizando uma reação ácido-base entre o ácido cítrico e o bicarbonato de potássio. As reações ácido-base foram o método de insuflação selecionado, pois são capazes de produzir elevados volumes de gás a partir de pequenas quantidades de reagentes. As simulações pelo método dos elementos finitos permitiram estudar a interação entre o magnete externo e as cápsulas ingeríveis, confirmando a ativação dos mecanismos magnéticos propostos. Os resultados obtidos pelas simulações foram confirmados por ensaios experimentais. O método de fabrico proposto para a produção de um balão em polidimetilsiloxano (PDMS) provou ser funcional e reprodutível. O balão com duas camadas de PDMS e um rácio de agente de cura de 1/8 apresentou a melhor relação custo-benefício sem comprometer as propriedades mecânicas. As peças do corpo da cápsula fabricadas por impressão tridimensional (3D) por processamento digital de luz (DLP) apresentaram uma excelente resolução, exatidão e qualidade de superfície. Este estudo demonstrou que as cápsulas propostas são capazes de insuflar um balão gástrico para o tratamento da obesidade.

The treatment of obesity based only on lifestyle changes is ineffective in the long term. There are more definitive treatments, however they are usually very invasive, surgically complex and carry a high risk for the patient. Treatment with an inflatable balloon is a definite alternative with a reduced surgical complexity compared to other methods. However, the traditional way of placing the balloons (upper endoscopy) causes discomfort and risk to the patient. Thus, it is important to study and develop a new method that overcomes these issues. The main objective of this work was the design, simulation, and fabrication of two magnetically driven ingestible capsules (design 1.0 and design 2.0) with the capacity to inflate a gastric balloon. The use of magnetic drive allows overcoming one of the great limitations of the current ingestible capsules, the autonomy. The balloon was inflated to a volume of 150 ml using an acid-base reaction between citric acid and potassium bicarbonate. Acid-base reactions were used as insufflation method because they are capable of producing high volumes of gas from small quantities of reagents. The finite element method simulations allowed to study the interaction between the external magnet and the ingestible capsules, confirming the activation of the proposed magnetic mechanisms. The results obtained by the simulations were confirmed by experimental tests. The proposed manufacturing method for producing a polydimethylsiloxane (PDMS) balloon has proved to be functional and reproducible. The balloon with two layers of PDMS and a curing agent ratio of 1/8 presented most cost-effective ratio without compromising the mechanical properties. The capsule body parts manufactured by three-dimensional (3D) printing by digital light processing (DLP) showed excellent resolution, accuracy, and surface quality. This study demonstrated that the proposed ingestible capsules are capable of inflating a gastric balloon for the treatment of obesity.