Vedci vyvinuli inteligentnú pilulku na sledovanie črevného prostredia.
Inteligentná pilulka. Zdroj: David Ballot, Kalifornská univerzita v San Diegu
Mnohým ľudom naháňa slovo endoskopia alebo, inak povedané, zavedenie hadičky do tráviaceho traktu strach. Aj keď ide o neinvazívnu diagnostickú metódu celkového gastrointestinálneho zdravia, nie je veľmi príjemným zážitkom. Čoskoro by však mohlo prehltnutie „inteligentnej pilulky“ zmeniť nepríjemné na nič netušiace. Technickí výskumníci totiž vyvinuli bezbatériový biosenzorický systém v tvare piluliek navrhnutý tak, aby nepretržite monitoroval črevné prostredie.
Samonabíjacia a energeticky efektívna pilulka
V Kalifornskej univerzite v San Diegu vyvinuli pilulku, ktorá je v podstate kombinovaný biosenzor a biopalivový článok. Celý systém je umiestnený v obale vytlačenom na 3D tlačiarni. Po prehltnutí meria nepretržite hladiny glukózy (alebo aj iných metabolitov) v tenkom čreve. Namiesto batérie je poháňaná netoxickým palivovým článkom, ktorý je dobíjaný glukózou.
Tabletka prenáša svoje údaje bezdrôtovo v pravidelných intervaloch pomocou energeticky efektívnej techniky, známej ako magnetická komunikácia. Stručne povedané, ide o vysielanie magnetických impulzov s ultra nízkym výkonom cez tkanivo pacienta. To sa potom deteguje a dekóduje pomocou zariadenia vybaveného cievkou prijímača, ktoré nosí pacient na tele.
Ilustračný obrázok. Zdroj: iStockphoto.com
Testovanie dopadlo úspešne
Pilulky už vyskúšali na ošípaných, ktoré majú podobný gastrointestinálny trakt ako ľudia. „V experimentoch sme monitorovali pomocou našej technológie hladiny glukózy v tenkom čreve ošípaných počas 14 hodín. Systém posielal hlásenia o nameraných hladinách každých päť sekúnd,“ povedal Ernesto De La Paz Andres, postgraduálny študent nanoinžinierstva, prvý autor štúdie. „Naším ďalším cieľom je zmenšiť ich veľkosť, aby ich ľudia vedeli ľahšie prehltnúť,“ dodáva. Pilulky merajú teraz 2,6 centimetra, sú široké skoro 1 centimeter a komunikujú v rozsahu 40 – 200 Megahertzov (MHz).
Vzhľadom na to, že v gastrointestinálnom trakte prebiehajú dynamické zmeny pH, teploty a koncentrácií kyslíka, v budúcnosti chcú výskumníci prísť na ďalšie spôsoby snímania, aby vedela pilulka fungovať aj za týchto podmienok. Po dosiahnutí sľubných výsledkov v spomenutých experimentoch plánujú zvýšiť tiež počet senzorov, čo umožní sledovanie ešte väčšieho množstva chemických parametrov v črevách.
Štatistika hovorí, že približne 20 percent z nás bude niekedy v živote trpieť gastrointestinálnymi poruchami, napríklad zápalovým ochorením čriev, cukrovkou alebo obezitou. Všetky z nich sú čiastočne spôsobené dysfunkciou črevných procesov, akými je absorpcia (vstrebávanie) alebo trávenie črevných metabolitov.
Staršie metódy na priame monitorovanie vnútra tenkého čreva môžu pacientom spôsobiť značné nepohodlie. Ďalšou nevýhodou je to, že lekári získajú dáta len priamo v čase odberu. Črevné prostredie sa však neustále mení, a preto je prínosné sledovať ho kontinuálne. Na druhej strane vďaka tomuto biosenzorickému systému budú môcť sledovať meniace sa prostredie v priebehu dlhšieho času. Vedci vidia prínos aplikácie biosenzorickej pilulky do praxe aj v oblasti vývoja nových spôsobov štúdia mikrobiómu tenkého čreva, ktorý by mohol viesť k jednoduchším a lacnejším spôsobom monitorovania.
Pilulka na stanovenie plynov už existuje
Črevné plyny sú súčasťou širšieho spektra problémov od syndrómu dráždivého čreva (IBS) až po rakovinu hrubého čreva. Napriek dôležitosti, ktorú majú, ich však v súčasnosti nevieme merať dostatočným a jednoduchým spôsobom.
Tím vedcov z RMIT Univerzity v Austrálii vyvinul prvú inteligentnú tabletku navrhnutú na monitorovanie črevných plynov. Malá pilulka, ktorá je schopná prenášať údaje z čreva, pozostáva z plynového senzora, batérie, mikroprocesora a bezdrôtového vysielača. Meria koncentrácie plynov a údaje zasiela priamo do pripojeného smartfónu.
Vedci chceli vedieť, ako vplýva strava s nízkym alebo vysokým podielom vlákniny na tvorbu plynov. Na ošípaných zistili, že diéta s nízkym obsahom vlákniny produkuje v črevách štyrikrát viac vodíka v porovnaní s diétou s vysokým obsahom vlákniny. Ich výsledky tiež preukázali, že diéta s vysokým obsahom vlákniny produkuje viac metánu v hrubom čreve, čo vedie k bolestivému zadržiavaniu plynu.
Vďaka schopnosti merať množstvo plynu prítomného v čreve, kapsula už zlepšuje pochopenie a jedného dňa by mohla viesť k cielenej liečbe špecifickej pre pacienta.
Zdroj: NewAtlas, UCSanDiego, DOI: 10.1038/s41467-022-35074-y
