Целлюлозная губка высокой пористости

Целлюлозная губка высокой пористости

Иллюстрации

Показать все

Реферат

По настоящей заявке испрашивают приоритет по заявке США № 13/841,138, которая подана 15 марта 2013 года, и заявке США № 61/616,037, которая подана 27 марта 2012 года, описания которых включены сюда посредством ссылки.

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к устройствам, композициям и способам для, помимо прочего, снижения количества питательных веществ или других соединений, абсорбируемых в желудочно-кишечном тракте из принимаемой пищи.

Описание уровня техники

Термин «избыточная масса» относится к массе тела выше нормального диапазона. Избыточную массу и ожирение определяют посредством вычисления индекса массы тела (ИМТ), массу в килограммах делят на рост в метрах квадратных. Избыточную массу обычно определяют как ИМТ от 25 до 29,9 кг/м², ожирение обычно определяют как ИМТ >30 кг/м², и тяжелое ожирение обычно определяют как ИМТ >40 кг/м² (или ИМТ >35 кг/м² в присутствии других медицинских сопутствующих заболеваний). ИМТ меньше приблизительно 22,0 кг/м² является идеальным, хотя это может представлять собой сложную и, возможно, нереальную цель для многих индивидуумов.

Избыточная масса и ожирение представляют собой мировую эпидемию с возрастающей распространенностью. В Соединенных штатах больше чем две трети американцев имеют избыточную массу и 26-55% имеют ожирение, на основе данных, собранных в 2007 году посредством Centers for Disease Control and National Institutes of Health. Глобально избыточная масса и ожирение поражают как развитые, так и развивающиеся страны. Например, приблизительно 23% популяции в Соединенном королевстве имеют ожирение, для сравнения приблизительно 11-23% в Мексике, приблизительно 30-40% в Южной Африке и приблизительно 10% В Пакистане.

Избыточная масса и ожирение связаны со многими рисками для здоровья, включая сахарный диабет 2 типа, гипертензию, дислипидемию, коронарное заболевание сердца, злокачественную опухоль и инсульт, среди прочего, а также преждевременную смерть. По сравнению с индивидуумами с нормальной массой, ИМТ от 26,5 до 29,9 кг/м² связана с 1,5-кратно повышенным риском смерти. Индивидуумы с ИМТ >30 кг/м² имеют в 2-3 раза повышенный риск смертности по всем причинам. Экономическое значение огромно; в публикации Brookings Institute приведены расходы Соединенных штатов на избыточную массу и ожирение, которые составляют по меньшей мере 147 миллиардов долларов США ежегодно. Обоснование для снижения массы ясно как с медицинской, так и с экономической точки зрения.

Доступные в настоящее время способы снижения массы включают модификацию поведения (диетологические изменения и схемы тренировок), лекарственную терапию и бариатрическую хирургию. Лекарственная терапия показана пациентам, которые не смогли достичь цели потери массы только через диету и тренировки. FDA в явной форме одобрила два класса лекарственных средств для использования для потери массы. Симпатомиметические лекарственные средства (например, фендиметразин, диэтилпропион, фентермин) стимулируют высвобождение норэпинефрина и/или ингибируют его обратный захват в нервных окончаниях. Проще говоря, этот эффект аналогичен, хотя и значительно сильнее, чем тот, который получают с помощью кофеина. Симпатомиметики вызывают подавление аппетита, но также могут вызывать гипертензию и потенциально инфаркт миокарда, и как результат, FDA ограничило их использование <12 неделями. Эфедрин представляет собой член этого класса, который в последнее время изъяли с рынка по причине этих нежелательных побочных эффектов.

Мальабсорбтивные лекарственные средства представляют собой другой класс лекарственных средств, которые одобрены FDA для использования при ожирении. Орлистат является лишь представителем этой группы. Орлистат изменяет расщепление жиров посредством ингибирования панкреатической липазы, что ведет к мальабсорбции 30% потребляемого жира. Вместо захвата организмом, этот жир выделяется со стулом. Орлистат является единственным одобренным FDA лекарственным средством для ожирения, которое приемлемо для длительного использования (до 4 лет).

Для пациентов с тяжелым ожирением единственным доказанным механизмом длительной потери массы является бариатрическая хирургия. Бариатрическая хирургия вызывает потерю массы или через мальабсорбцию и/или ограничение. Мальабсорбция (как и в приведенном выше случае орлистата) обозначает неполную абсорбцию принимаемой пищи. Организм не абсорбирует полное количество калорий, присутствующих в пище или в данном компоненте пищи. Ограничение обозначает уменьшение размера желудка, что ведет к раннему насыщению и уменьшенному потреблению пищи.

Пациентам с избыточной массой и ожирением, которые не отвечают критериям ИМТ для тяжелого ожирения, не доступна возможность хирургического вмешательства для потери массы, поскольку страховое покрытие для этих процедур типично ограничено тяжелым ожирением. Соответственно, пациенты с избыточной массой и ожирением имеют доступ только к одному одобренному FDA лекарственному средству для потери массы. Таким образом, существует огромная потребность в альтернативах для потери массы и контроля массы.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение предусматривает композиции, устройства и способы для того, чтобы вызывать (среди прочего) потерю массы и/или управление массой, посредством секвестрации питательных веществ или других соединений (например, спирта или токсинов) от абсорбции в пищеварительном тракте. В различных вариантах осуществления для повседневного использования подходят композиции, устройства и способы, в которых используют материал сжимаемой абсорбирующей матрицы.

В одном из аспектов, настоящее изобретение предусматривает устройство или композицию, которые содержат один или несколько элементов из материала сжимаемой абсорбирующей матрицы, разработанного для того, чтобы абсорбировать и по существу удерживать питательное вещество в пищеварительном тракте, такое как питательное вещество, присутствующее в желудке после приема пищи. В устройстве или композиции дополнительно можно использовать один или несколько гидрогелей, растворимые или нерастворимые волокна, воски и/или камеди, чтобы обеспечивать желаемые механические свойства и/или абсорбционные или маскирующие свойства, как описано в деталях в настоящем документе. В некоторых вариантах осуществления устройство имеет форму капсулы, содержащей элементы материала матрицы, которые могут быть в форме трубок. Альтернативно, устройство или композиция может представлять собой пищевую добавку.

В другом аспекте настоящее изобретение предусматривает способ абсорбирования и удержания (например, маскирования) питательных веществ или других соединений от абсорбционного действия пищеварительного тракта. Способ включает предоставление устройства или капсулы для проглатывания до, во время или после еды. Субъект может представлять собой субъект с избыточной массой или ожирением, и композицию или устройство можно использовать обычным образом для того, чтобы влиять на потерю массы. Альтернативно, субъект может иметь нормальную массу, но нуждается в управлении массой, например, из-за особенностей или избыточного масса в анамнезе.

Перорально принимаемое внутрь устройство или композиция в различных вариантах осуществления содержит одну или множество из «губок» или «губчатых трубок» в сжатом или компактном состоянии, которые расширяются, когда попадают в желудочно-кишечных тракт. Губчатая матрица или каркас значительно увеличивает объем, вымещаемый при расширении губок. Например, в определенных вариантах осуществления сам губчатый материал может абсорбировать в текучем веществе в десять или больше раз, чем его масса, что помогает материалу принимать геометрическую форму каркаса. Когда губка расширяется, она не просто абсорбирует в десять раз больше своего объема, но впитывает все текучие вещества, содержащиеся в пустотах каркаса. То есть, «камеры» или «отверстия» губки значительно увеличивают объем абсорбируемых веществ. Эти текучие вещества после этого будут удерживаться внутри каркаса губки с помощью гидрогелей в стенках ячеек губки, которые изолируют каждую камеру.

Более конкретно, губка абсорбирует части химусной суспензии в желудке, что уменьшает количество пищи, доступной для абсорбции в тонкой кишке. Таким образом, калории «секвестрированы» от организма, что способствует потере массы. Проектное решение устройства или композиции максимизирует вместимость и/или эффективность для абсорбции питательных веществ (и сопутствующей секвестрации питательных веществ) и избегает побочных эффектов, связанных с лечением ожирения, основанным на лекарственных средствах. Например, материал и/или геометрия материала матрицы вместе с одним или несколькими гидрогелями, растворимыми и/или нерастворимыми волокнами, воском(ами) и камедью(ями) обеспечивает желаемые механические свойства, включая эффективную упаковку и желаемую эластичность и/или расширение материала матрицы, а также желаемые свойства для абсорбции питательных веществ и последующей секвестрации и маскирования от пищеварительного действия.

В различных вариантах осуществления, настоящее изобретение помогает изменить тенденцию в пищевой промышленности, в которой прогрессивно снижают волокна в продуктах питания и заменяют их сахарами. Настоящее изобретение, таким образом, также вносит волокна в диету, при этом устраняя абсорбцию сахаров.

В различных вариантах осуществления, настоящее изобретение абсорбирует текучие вещества, богатые сахарами и/или спиртом, которые типично растворимы и, следовательно, лучше абсорбируются в ЖКТ, чем другие менее растворимые питательные вещества. Кроме того, сахара и/или спирт могут быть не полезны для здоровья. Такие текучие вещества после этого можно секвестрировать с помощью композиций и устройств в их нативном состоянии и/или в гелеобразном или слизеобразном состоянии. Например, текучие вещества можно секвестрировать посредством абсорбции, реакции или ассоциации с другими соединениями, такими как растворимые волокна. Соответственно, организм будет «видеть» (например, будет способен абсорбировать во время пищеварения) меньше питательных веществ (например, сахаров, углеводов, жиров, спирта и спиртовых растворов и т.п.) и, напротив, будет «видеть» больше полезных волокон.

В различных вариантах осуществления, настоящее изобретение предусматривает секвестрацию в желудке или в желудочно-кишечном тракте для соединений, жидкостей (например, спирта), лекарственных средств или других опасных или токсических веществ, которые проглочены добровольно или не добровольно. Композиция или устройство имеет возможность абсорбировать и впитывать проглоченный материал и превращать его в гель и безопасно и естественно удалять его из организма.

В различных вариантах осуществления настоящее изобретение предусматривает секвестрацию питательных веществ без значительного изменения обычной диеты индивидуума, обычного вкуса и обычного количества пищи, принимаемой средним потребителем.

Индивидуумы с избыточной массой и ожирением могут использовать устройство и композиции по изобретению обычным образом или хронически для длительной потери массы, или индивидуумы с нормальной массы для управления массой. Например, устройство можно использовать от одного до двадцати раз в неделю, в течение одного или нескольких лет (например, 1, 2, 3 или больше лет). Устройство можно использовать от одного до трех раз в сутки (например, с каждым приемом пищи) в течение одного, двух или трех лет или более. Альтернативно, в течение короткого времени его могут использовать индивидуумы с нормальной массой, которые чрезмерно питались и могут желать уменьшить калорийный «ущерб» от потворства своим желаниям. Соответственно, данное устройство и способы могут обеспечивать не дорогостоящее безопасное решение для ожирения и избыточной массы для тысяч из миллионов людей по всему миру, с соответствующей пользой для связанных медицинских сопутствующих заболеваний, длительности жизни, расходов на здравоохранение и глобального экономического бремени.

Устройство и композиции можно использовать для того, чтобы абсорбировать и предотвращать пищеварение или биологические эффекты токсинов или спирта, которые поглощены добровольно или не добровольно. В этих вариантах осуществления устройство или композицию можно не использовать обычным образом, но можно принимать с пищей, которая имеет риск содержать токсин, или когда известно о проглатывании токсина, или можно использовать для того, чтобы избегать или противодействовать эффектам чрезмерного потребления спирта.

КРАТКОЕ ОПИСАНИИЕ РИСУНКОВ

На фиг. с 1 до 16 представлены образцовые конструкции для абсорбирующих материалов.

На фиг. с 17 до 20 представлены образцовые абсорбирующие материалы.

На фиг. с 21 до 26 представлены другие образцовые конструкции для устройств по настоящему изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Настоящее изобретение предусматривает композиции, устройства и способы для воздействия, в частности, потери массы и/или управления массой, посредством секвестрирования питательных веществ или других соединений, таких как токсины, из абсорбции в пищеварительном тракте. Композиции, устройства и способы используют один или несколько элементов, выполненных из сжимаемого материала абсорбирующей матрицы. В различных вариантах осуществления материал матрицы подходит для повседневного использования. Материал сжимаемой абсорбирующей матрицы имеет размер, геометрическую форму и/или геометрию, выполненные с возможностью эффективной упаковки в маленьком пространстве и/или выполненные с возможностью абсорбировать и по существу удерживать переваренный материал в желудке. Устройства и композиции дополнительно могут содержать один или несколько гидрогелей, растворимых или нерастворимых волокон, восков и/или камедей, чтобы обеспечивать желаемые механические свойства и/или абсорбционные или маскирующие свойства.

Композиции и устройства снижают абсорбцию калорий организмом из поглощенных питательных веществ. Способ работы данных устройств можно обозначать как «мальабсорбция», посредством которого материал матрицы (например, губчатый материал) абсорбирует и секвестрирует питательные вещества в желудочно-кишечном тракте. Соответственно, секвестрированные питательные вещества не подвергаются метаболизму или абсорбции кишечником и выводятся с материалом матрицы. Устройства инертны и работают пассивным образом и по существу не взаимодействуют с метаболизмом организма, в сущности, устройство «маскирует» поглощенные питательные вещества от абсорбционного действия ворсинок кишечника и другой пищеварительной активности.

Материал сжимаемой абсорбирующей матрицы в некоторых вариантах осуществления может представлять собой губчатый материал и может быть в форме «губчатых трубок» и/или «губчатых капель». Хотя трубки могут представлять собой наиболее интуитивную и простую геометрическую форму для материала матрицы, материал матрицы может быть или не быть трубчатым по форме, поскольку другие геометрические формы будут подходящими и/или благоприятными в определенных вариантах осуществления. Например, куски губки неправильной формы, без какой-либо определенной геометрической формы и каждый из которых уникален по отношению к другим, можно получать посредством механического измельчения губки на кусочки, которые могут быть подходящими и/или благоприятными в определенных вариантах осуществления. Объем, который содержится в губке, более важен, чем форма ее поверхности.

Губчатый материал может представлять собой встречающийся в природе материал или может представлять собой искусственно вспененную губку, которая содержит множество открытых пространств, например, открытых или закрытых «ячеек», которые могут иметь правильную или неправильную форму и которые определены «стенками ячеек» губчатой матрицы. Губчатый материал также может представлять собой материал, который имеет чередование открытых и закрытых пространств, правильных или неправильных, имеющих определенную геометрию или аморфных, или смесь определенных и неправильных или аморфных пространств. В некоторых вариантах осуществления губчатый материал имеет геометрически спроектированные структуры, способные схлопываться под механическим, химическим или тепловым действием, или их сочетание, и впоследствии может принимать расправленную геометрическую форму, расправленная геометрическая форма может представлять собой исходную геометрическую форму (до сжатия) или другую запланированную геометрическую форму. Расправленная геометрическая форма обычно возникает в ответ на удаление механического, химического или теплового действия при взаимодействии с содержимым желудка или/и химических взаимодействий с подходящими добавками, присутствующими в устройстве.

Материал матрицы, когда подвергают механическому сжатию, тепловой и/или химической обработке (например, посредством химической модификации материала, сшивки, компаундирования или компаундирования с образованием ковалентных связей и т.д.), можно уменьшать в размере и/или объеме до размера и/или объема, который значительно меньше исходного несжатого размера и/или расправленного объема. Сжимаемое свойство делает возможной эффективную упаковку множества элементов материала матрицы в маленьком пространстве, таком как капсула или другой наполнитель для доставки. Например, сжатый размер или объем может быть меньше приблизительно 50% от расправленного размера или в других вариантах осуществления меньше приблизительно 40%, меньше приблизительно 30%, меньше приблизительно 25%, меньше приблизительно 20%, меньше приблизительно 15%, меньше приблизительно 10%, меньше приблизительно 5%, меньше приблизительно 1%, меньше приблизительно 0,5% или меньше приблизительно 0,1% от расправленного размера или объема. Обычно, после устранения приложенного механического сжатия или химического ограничения (например, посредством химической реакции, разрушения поперечных связей и т.д.) или и того и другого, материал может принимать свою исходную, более крупную геометрическую форму.

Механизм расширения материала матрицы также может представлять собой эластический возврат, когда материал, несмотря на то, что не является эластомерным per se, все же может быть достаточно жестким (например, время молекулярной ползучести достаточно велико), чтобы материал все еще мог по меньшей мере частично принимать свою исходную геометрическую форму после периода сжатия и/или напряжения.

Материал матрицы может быть механически уплощен и уложен стопкой или просто сжат, после этого инкапсулирован, например, в стандартную фармацевтическую капсулу для проглатывания. Материал матрицы обычно выполняют из эластического и/или упругого материала, который можно сжимать и который способен абсорбировать жидкость и/или материал в пищеварительном тракте. Материал матрицы обычно имеет внутреннюю пористость, подобно натуральной губке. Ячейки губки или губкоподобного материала могут быть случайными и/или аморфными (например, как в типичных коммерчески доступных искусственных или натуральных губках). Альтернативно, в некоторых вариантах осуществления ячейки губчатого материала могут быть более регулярными и/или геометрически упорядоченными, подобно медовым сотам или другому геометрическому и/или объемному расположению.

Геометрическая структура материала матрицы также может обеспечивать увеличивающий и/или мультипликативный эффект в отношении расширения данных устройств и их абсорбционной и/или удерживающей вместимости для пищеварительных текучих веществ относительно аморфных и/или негеометричных устройств, содержащих натуральные волокна. Этот увеличивающий и/или мультипликативный эффект может составлять по меньшей мере 2 раза, по меньшей мере 5 раз, по меньшей мере 10 раз, по меньшей мере 50 раз или по меньшей мере 100 раз по сравнению с аморфным устройством (например, устройством, которое имеет неправильную геометрическую форму). Соответственно, значительно меньшее количество, масса, объем, доза или количество данного устройства(в) или композиций необходимо в этих вариантах осуществления. Например, в некоторых вариантах осуществления пользователю только нужно проглотить небольшую пилюлю или капсулу (например, пилюлю или капсулу стандартного размера). В соответствии с мультипликативным и/или увеличивающим эффектом, как описано в настоящем документе, такая небольшая пилюля или капсула может эффективно обеспечивать большую вместимость для абсорбции пищеварительных текучих веществ и, следовательно, их секвестрацию или маскирование от абсорбции организмом.

В некоторых вариантах осуществления губчатый материал может представлять собой обычную или натуральную губку, получаемую стандартными способами. В других вариантах осуществления губчатый материал можно получать, например, из пенообразующих средств, реакционноспособных средств, перколирующих средств, и можно формировать посредством экструзии, выдувным формованием, литьевым формованием, горячим формованием, механической или химической гравировкой и приданием формы и т.д. Альтернативно, губчатый материал можно создавать посредством сборки меньших сегментов и/или геометрических звеньев и/или звеньев случайной формы в более крупные звенья, что делает возможным точный выбор морфологии губки. Например, губчатый материал можно создавать посредством процессов экструзии, процессов выдувного формования, процессов инжекционного или горячего формования или можно механически и/или химически печатать или механически гравировать или формировать. Губчатый материал может быть частично или полностью эластическим, эластомерным, упругим или нет, пружинящим или частично жестким или полужестким и/или представлять собой пластмассу. На фиг. 17-20 проиллюстрированы определенные образцовые губчатые материалы, которые могут быть пригодны для использования в настоящем изобретении.

Губчатый материал типично выбирают так, что стенки ячеек будут иметь «память геометрической формы», то есть ячейки обычно по меньшей мере частично возвращаются или расширяются до своего исходного размера и/или геометрической формы после того, как снимают приложенное усилие механического и/или химического сжатия. В некоторых вариантах осуществления губчатый материал может расширяться и сжиматься только из-за абсорбции воды, которая надувает материал матрицы, подобно набуханию, обусловленному воздухом, сжатым в надувной пластмассовой матрице (например, надувной батут).

Механизм расширения освобожденного губчатого материала может работать, например, через возвращение материала с памятью геометрической формы так, что при физиологических условиях в желудке (например, при 37°C) материал принимает по меньшей мере частично свою исходную геометрическую форму. Для губчатого материала можно использовать эластомерный или упругий материал, например, эластомерные материалы, такие как латекс, гваюла, полиуретановый каучук, кремнийорганический каучук, целлюлоза, наноцеллюлоза, нитрильный каучук или биологические материалы, такие как эластин, коллаген и/или другие натуральные белки, или какие-либо другие подходящие материалы, которые могут удерживать и сохранять свою исходную геометрическую форму после длительных периодов времени при сжатии, или которые возвращаются к запомненной геометрической форме или принимают другую геометрическую форму. Альтернативно механизм расширения может быть главным образом обусловлен абсорбцией текучих веществ губкой, например, когда включают такие материалы, как гемицеллюлоза, которая имеет высокую интенсивность абсорбции и способна создавать гидравлическую силу для того, чтобы надувать каркас губки.

Губчатую матрицу можно выполнять из материала, безопасного для проглатывания человеком. Примеры подходящих материалов включают: полимер или сополимер полиуретана, нейлон, полиэтилен, полипропилен, полиакрилат, EVA, природный каучук, кремний, кремнийорганический каучук, латекс, EPDM каучук, бутилкаучук, нитрильный каучук, PVA, PLA. Подходящие эластомерные биоматериалы включают силиконы, термопластические эластомеры, полиолефиновые и полидиеновые эластомеры, поли(винилхлорид), природный каучук, гваюловый каучук, гепаринизированные полимеры, гидрогели, полипептиды и эластомеры, которые можно компаундировать с другими полимерами или природными или искусственными эластомерами и или наполнителями, такими как глина, крахмал, эластические волокна, эластические микроволокна, эластические нановолокна, которые дополнительно можно компаундировать с инертными и/или природными соединениями, такими как целлюлоза и ее производные, эластические и неэластические наполнители и порошки.

Другие подходящие материалы для матрицы включают природные полимеры, такие как целлюлоза, наноцеллюлоза, бактериальная целлюлоза, целлюлозные волокна, микроволокна и нановолокна, метилцеллюлоза, этилцеллюлоза, этилметилцеллюлоза, другие производные целлюлозы, целлюлоза, компаундированная с природным или синтетическими или искусственными эластомерами и/или наполнителями и природными гидрогелями, такими как хитозан, опунция, и другие дисахариды и природные глины (например, монтмориллонит).

В определенных вариантах осуществления можно использовать губчатый материал, который обеспечивает по существу все желаемые свойства, например, набухание, абсорбцию, впитывание, маскирование, удержание, дезинтеграцию, и кроме того может быть биологически совместимым, биоразрушаемым и может содержать только природные материалы.

В определенных вариантах осуществления подходящую губку можно получать карбоксилированием специальной целлюлозной губки с мелкой пористостью и добавлением на поверхность высоко гидрофильных функциональных групп, таких как COONa и COOK, со степенью замещения между 0,2 и 0,3.

В вариантах осуществления, где дезинтеграция материала матрицы в желудочно-кишечном тракте является подходящей или показанной, можно использовать биоразрушаемые наполнители, соединения или волокна. Частичная или полная дезинтеграция этих соединений, наполнителей или волокон в пищеварительном тракте может вызывать частичное или полное спадение губчатого материала. Соответственно, на среднее время дезинтеграции материала можно воздействовать посредством корректировки доли таких добавок. Образцовые наполнители могут включать крахмалы и/или другие полисахариды.

Размер губчатой матрицы может находиться в диапазоне диаметра, например, от приблизительно 1 нм приблизительно до 25 мм, или приблизительно от 1 мкм приблизительно до 100 мкм. Длина данных губчатых трубок может находиться в диапазоне, например, приблизительно от 1 мкм приблизительно до 3 дюймов. Соответственно, геометрия данных «трубок» может варьировать согласно выбранной ширине и длине. Кроме того, различные размеры и геометрические формы губок можно использовать для того, чтобы избирательно захватывать частицы различных размеров и/или суспензии и/или коллоиды. Соответственно, капсула может содержать набор губок, которые имеют различную внешнюю геометрию, губчатые материалы, морфологии губок и т.д.

Кроме того, геометрию губки можно выбирать для того, чтобы максимизировать эффективность упаковки или укладки стопкой, или максимизировать число губок, которые можно сжать в капсуле, тем самым максимизируя секвестрирующую вместимость для питательных веществ в каждой капсуле.

Композиции и устройства дополнительно могут содержать другие природные или синтетические материалы, чтобы обеспечивать желаемые механические свойства или желаемые абсорбционные и/или маскирующие свойства.

Для того чтобы защищать текучие вещества, абсорбированные данными устройствами, от высвобождения в дальнейшем, текучие вещества следует удерживать внутри или секвестрировать в материале матрицы после абсорбции. Дополнительно, абсорбированные текучие вещества или материалы можно маскировать от воздействия пищеварительных ферментов. Соответственно, абсорбированные текучие вещества могут быть гелеобразными или их можно делать более вязким. Питательные вещества, захваченные таким образом, можно изолировать или секвестрировать внутри трубок с помощью одного или нескольких гидрогелей, волокон и/или камедей. Такие гидрогель(и), волокно(а) и/или камедь(и) можно непосредственно встраивать в губчатый материал, компаундировать в матрице стенок губки, заключать и/или диспергировать внутри ячеек губки или располагать в конкретных областях трубок, например, во входах или отверстиях трубок, как описано в настоящем документе.

Без ограничения какой-либо конкретной теорией или объяснением способа или механизма действия, данные устройства могут действовать отчасти таким образом, который аналогичен поведению пищевых волокон (например, растворимых и/или нерастворимых волокон) в пищеварительной системе. То есть, композиции и устройства могут снижать и/или замедлять абсорбцию питательных веществ и/или могут ускорять прохождение питательных веществ в желудочно-кишечном тракте. Таким образом, в определенных вариантах осуществления композиции и устройства могут содержать столько природных волокон, сколько возможно, растворимых или нерастворимых или комбинацию обоих. В определенных вариантах осуществления используют комбинацию растворимых и нерастворимых волокон. Нерастворимые волокна могут содержаться для того, чтобы обеспечивать, inter alia, желаемые механические свойства, как описано в настоящем документе, включая расширение и маскирование. Нерастворимые волокна также могут содержаться в силу их слизеобразующих свойств гелеобразования текучих веществ и/или повышения вязкости захваченных, связанных, инкапсулированных или заключенных текучих веществ.

Неограничивающие примеры подходящих гидрогелей включают: поливиниловый спирт, поли(этилозазолин), сополимеры поливинилацетата и поливинилового спирта, поли(2-гидроксиэтилакрилат, поли(2-гидроксиэтилметакрилат), карбоксиметилцеллюлозу, полиакриловую кислоту и их сополимеры, дисахариды, полисахариды, хитозаны, альгинаты, водорастворимые белки и полинуклеиновые кислоты, природные глины (например, монтмориллонит), бентонит натрия, волокна абсорбентов, волокна суперабсорбентов, микро- и нановолокна, микро- и нанопорошки и их сочетания.

Смешивание гидрогелей и/или соединений, образующих слизи и/или камеди, в губчатом материале может вести к тому, что ячейки, поры или стенки губки становятся менее проницаемыми и, соответственно, может ингибировать вход или выход текучих веществ после начальной абсорбции или секвестрации пищеварительных текучих веществ. Существует множество различных соединений, которые могут достигать этого эффекта, искусственных и/или природных. Образцовые природные соединения могут включать растворимые волокна, камеди и т.д., как описано выше в настоящем документе. Отдельные гидрогели, камеди или волокнистый материал или их смеси можно выбирать для того, чтобы предоставлять желаемый профиль абсорбции и/или другие желаемые свойства (например, свойства расширения, абсорбционную вместимость, механические свойства и т.д.).

Гидрогель(и), волокно(а) и/или камедь(и), диспергированные в губчатой матрице или добавленные в нее и механически содержащиеся в трубках или ячейках трубок, могут изолировать ячейки, создавая множество изолированных или частично изолированных отсеков, где движения текучих веществ могут быть частично или полностью ограничены для того, чтобы предотвращать утечку абсорбированных питательных веществ или проникновение пищеварительных ферментов по мере продвижения губки по желудочно-кишечному такту перед экскрецией. Гидрогель(и), волокно(а) и/или камедь(и) в стенках ячеек губки будут набухать текучими веществами до тех пор, пока расширение ячеек губки не изолирует осевые отверстия частично или полностью. Другой эффект гидрогеля(ей), волокна(он) и/или камеди(ей) может заключаться в том, чтобы делать губчатую трубку механически более стабильной или жесткой, чтобы лучше противостоять финальному прохождению по ободочной кишке в том случае, если трубки подлежат естественному выделению организмом.

В некоторых вариантах осуществления питательные вещества губка захватывает с помощью гидрогеля(ей), волокна(он) и/или камеди(ей) и после этого губки распадаются после прохождения через верхние отделы желудочно-кишечного тракта. Например, эти компоненты могут распадаться после тех частей желудочно-кишечного тракта, где происходит наибольшая абсорбция питательных веществ, так что механическая стабильность может не быть необходимой. В этом случае губчатый материал можно выбирать так, что материал по меньшей мере частично или полностью распадается в нижних отделах желудочно-кишечного тракта, чтобы обеспечить безопасность в случае чрезмерного употребления трубок или клинически медленно опорожняющегося кишечника (например, чтобы избегать закупоривания кишечника).

В некоторых вариантах осуществления композиции и устройства содержат нерастворимые и растворимые пищевые волокна, такие как резистентные крахмалы, нерезистентные крахмалы и некрахмальные полисахариды. Примеры включают арабиноксиланы, целлюлозу, декстрины, инсулин, лигнин, воски, хитины, пектины, бета-глюканы и олигосахариды, включая галактосахариды и фруктоолигосахариды. Другие образцовые полисахариды включают простые эфиры полисахаридов, такие как пектины. В композициях и устройствах можно использовать смесь различных нерастворимых волокон, смеси различных растворимых волокон и/или смеси одного или нескольких из каждого из нерастворимых и растворимых волокон. В определенных вариантах осуществления можно использовать смесь волокон двух типов (например, нерастворимые и растворимые). Нерастворимое волокно(а) может предоставлять скелет «губки» и/или может обеспечивать маскирующую функциональность.

В определенных вариантах осуществления композиция или устройство содержит одно или несколько растворимых волокон, выбранных из экзополисахаридной слизи. Экзополисахаридная слизь может быть из Aloe vera, Baseila alba (малабарский шпинат), Cactus, Chondrus crispus (ирландский мох), Dioscorea opposita (нагаимо, японский горный ямс), Drosera (росянка), пажитника, семен льна, бурых водорослей, корня лакрицы, алтея лекарственного, коровяка, окры, Parthenium, Pingiucula (жирянки), лузги семян подорожника, семян Salvia hispanica (чиа), коры Ulmus rubra (вяз ржавый) или какого-либо другого подходящего растения.

В этих и других вариантах осуществления композиции и устройства могут содержать целлюлозу или производные целлюлозы, такие как метилцеллюлоза, этилцеллюлоза и/или метилэтилцеллюлоза.

В этих и других вариантах осуществления композиции и устройства могут содержать природные камеди, такие как те, которые можно получать из морских водорослей и других источников. Такие соединения включают полиэлектролиты:агар (E406), альгиновую кислоту (E400) и альгинат натрия (E401); и каррагенановая смола (E407). Природные камеди, получаемые из неморских растительных ресурсов, включают полиэлектролиты:аравийская камедь (E414) из сока деревьев Acacia, камедь гхатти из сока деревьев Anogeissus, трагакантовую камедь (E413) из сока кустарника Astragalus и камедь карайи (E416) из сока деревьев Sterculia. Другие природные камеди включают гуаровую камедь (E412) из гуаровых бобов, камедь бобов рожкового дерева (E410) из семян рожкового дерева, бета-глюкан, из овсяных или ячменных отрубей, камедь чикли, полученную из дерева чикли, даммаровую камедь из сока деревьев Dipteroearpaceae, глюкоманнан (E425) из растения рода аморфофаллюсов, мастиковую камедь, жевательную резинку, полученную из мастичной фисташки. В определенных вариантах осуществления слизистый материал содержит лузгу семян Psyllium от растения Plantago, еловую камедь из елей, камедь тары (E417) из семян дерева таро и/или природные камеди, получаемые посредством бактериальной ферментации, например, полиэлектролиты