Trendem dzisiejszym może być technologia do noszenia, ale zespół badawczy z Melbourne w Australii stara się poczynić znaczne postępy w zakresie różnorodnych produktów spożywczych. W tym tygodniu Kourosh Kalantar-zadeh i jego koledzy z RMIT University opublikowali artykuł w Trends in Biotechnology, w którym opisano potencjał spożywanych kapsułek elektronicznych w celu zapewnienia dokładnych pomiarów gazów jelitowych. Twierdzą, że takie technologie umożliwiłyby głębszy wgląd w czasie rzeczywistym w działania gazów wewnątrz organizmu i ich podejrzane związki z niektórymi chorobami.
powiązana zawartość
- Nawet nie chcesz wiedzieć o wszystkich rzeczach żyjących na gałce ocznej
Nasz układ trawienny to nie tylko narządy wewnętrzne w pracy. Potrzebujemy również naszego mikrobiomu jelitowego, całego ekosystemu różnorodnych bakterii, które pomagają rozkładać żywność, którą spożywamy poprzez fermentację. Chociaż niektóre z wydzielanych przez nas gazów jelitowych powstają w wyniku połknięcia powietrza, inne powstają, gdy różne bakterie tworzące mikrobiom metabolizują substancje w jelitach.
Niektóre badania sugerują, że niektóre gazy mogą być użytecznymi markerami stanu zdrowia danej osoby. Na przykład bakterie redukujące siarczany wytwarzają siarkowodór, który jest powiązany z zespołem jelita drażliwego. Powiązano również obecność niektórych gazów jelitowych z nieswoistymi zapaleniami jelit i rakiem jelita grubego. Jeśli gazy te można dokładnie wykryć i monitorować, informacje mogą pomóc w badaniach nad przyczynami tych chorób.
„Wpływ ludzkich jelit na choroby układu pokarmowego pochłania co roku znaczną część wydatków na opiekę zdrowotną na całym świecie”, zauważa Kalantar-zadeh, podkreślając swoje nowe podejście jako opłacalny sposób na pomoc w rozszyfrowaniu wpływu jelit na ogólny stan zdrowia. Profesor i mikrobiolog z Stanford David Relman zgadza się: „Ogólnie rzecz biorąc, zdolność monitorowania funkcji mikroorganizmów w społeczności lub usług ekosystemowych w obrębie jelit jest krytyczną potrzebą i może znacznie przyczynić się do lepszego zrozumienia ich działania”.
Obecnie gazy wytwarzane przez mikrobiom jelitowy można mierzyć za pomocą zewnętrznego urządzenia podobnego do alkomatu. Jednak znaczna część danych jest tracona w tym procesie, ponieważ gazy zostają wchłonięte lub rozproszone, zanim pacjent ma szansę wydychać. Inna technika polega na analizie odchodów, które stoją w obliczu podobnych wyzwań, biorąc pod uwagę opóźnienie czasowe, a także trudność w połączeniu punktów danych dotyczących obecności gazu z dokładnymi miejscami w przewodzie pokarmowym, wyjaśnia Lawrence David, adiunkt badający mikrobiomy w Duke.
Kalantar-zadeh postanowił poszukać bezpośredniej metody, która mogłaby potencjalnie zapewnić bardziej precyzyjne i kompleksowe odczyty.
Jego analiza opierała się na dwóch strategiach: systemach fermentacji kałowej i kapsułkach z gazem do spożycia. W pierwszej metodzie kał inkubuje się w warunkach symulujących jelito grube. Kał zawiera bakterie z jelit, więc fermentacja naśladuje rodzaje reakcji zachodzących w organizmie. Druga jest zdecydowanie najbardziej bezpośrednią metodą pobierania próbek - przenoszenie pracy laboratoryjnej bezpośrednio do jelit za pomocą pigułki elektronicznej.
„Te dwie praktyki są nieinwazyjne i, w porównaniu z odpowiednimi metodami, są znacznie dokładniejsze, ponieważ pobierają próbki gazu tam, gdzie są wytwarzane”, mówi Kalantar-zadeh.
Ilustracja, jak może wyglądać elektroniczna kapsuła śledząca gaz. (Kourosh Kalantar-zadeh) Kapsułki do monitorowania gazu, które według Kalantar-zadeh kosztują mniej niż 10 USD za sztukę, wyglądają jak tabletki, które pacjenci mogą połykać. Każda kapsułka zawiera dwa kluczowe elementy: czujnik, który monitoruje obecność różnych gazów jelitowych oraz baterię, która służy jako źródło zasilania. Ostatnie osiągnięcia technologiczne doprowadziły do powstania czujników gazu o długości mniejszej niż 10 milimetrów. Czujnik jest podłączony do mikroprocesora i bezprzewodowego nadajnika, który przekazuje dane do zewnętrznego rejestratora.
Elektronika jest zamknięta w nieprzepuszczalnej powłoce kapsułki, która jest w stanie wytrzymać wysoką wilgotność jelita, ale z przepuszczalną dla gazu membraną w pobliżu czujnika. Czujniki zużywają duże ilości energii, ponieważ działają w wysokich temperaturach, dlatego Kalantar-zadeh uważa, że akumulatory litowo-jonowe są optymalnym źródłem energii ze względu na ich wysokie napięcie i pojemność ładowania.
Kapsułki opierają się na mikrotechnologii, którą opracowano na podstawie możliwych do spożycia czujników pH, ciśnienia i temperatury, takich jak SmartPill, oraz kamer endoskopowych, które pacjenci mogą przełknąć, aby wykonać zdjęcia przewodu pokarmowego. Długość czasu pozostawania każdej kapsułki z gazem w ciele zależy od tego, jak szybko działa przewód pokarmowy, i wynosi od jednego do kilku dni, mówi Kalantar-zadeh. Wraz ze współpracownikami z University of Melbourne, Monash University i CSIRO, jego zespół testuje obecnie prototypy pigułek na świniach. Zamierzają wkrótce opublikować te wyniki, a następnie mają nadzieję uzyskać zgodę na badania kliniczne z udziałem ludzi.
Gelman i David są podekscytowani perspektywą tej technologii, a także bogactwem danych, które ostatecznie mogą zebrać. Zauważają, że zebranie masy krytycznej informacji jest kluczowym kolejnym krokiem do dokładnego zrozumienia wpływu gazów jelitowych na warunki zdrowotne i leczenie.
„Użyteczność kliniczna będzie wymagała znacznie więcej danych i wglądu w to, które składniki korelują ze zdrowiem i chorobami ekosystemu i przewidują je”, mówi Relman.
