La tendenza di oggi potrebbe essere la tecnologia indossabile, ma un team di ricerca a Melbourne, in Australia, cerca di fare passi da gigante con la varietà ingeribile. Questa settimana Kourosh Kalantar-zadeh e i suoi colleghi della RMIT University hanno pubblicato un articolo su Trends in Biotechnology che delinea il potenziale delle capsule elettroniche ingeribili per fornire misurazioni accurate dei gas intestinali. Tali tecnologie, sostengono, offrirebbero una visione più approfondita e in tempo reale delle attività dei gas all'interno del corpo e delle loro sospette relazioni con determinate malattie.
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Il nostro sistema digestivo è più che semplici organi interni al lavoro. Abbiamo anche bisogno del nostro microbioma intestinale, un intero ecosistema di batteri diversi che aiuta a scomporre il cibo che mangiamo attraverso la fermentazione. Sebbene alcuni dei gas intestinali che emettiamo siano dovuti all'aria ingerita, altri vengono creati quando diversi batteri che compongono il microbioma metabolizzano le sostanze nell'intestino.
Alcuni studi suggeriscono che alcuni gas possono essere utili marker dello stato di salute di una persona. Ad esempio, i batteri che riducono i solfati producono idrogeno solforato, che è stato collegato alla sindrome dell'intestino irritabile. Sono stati inoltre effettuati collegamenti tra la presenza di alcuni gas intestinali e la malattia infiammatoria intestinale e il cancro del colon. Se questi gas possono essere rilevati e monitorati con precisione, le informazioni potrebbero aiutare a rafforzare la ricerca sulle cause di queste malattie.
"L'effetto dell'intestino umano sulle malattie gastrointestinali consuma una parte significativa della spesa sanitaria ogni anno in tutto il mondo", osserva Kalantar-zadeh, sottolineando il suo nuovo approccio come un modo economico per aiutare a decifrare l'impatto dell'intestino sulla salute generale. Professore e microbiologo Stanford David Relman concorda: "In generale, la capacità di monitorare le funzioni microbiche a livello di comunità, o i servizi ecosistemici, all'interno dell'intestino è un'esigenza fondamentale e potrebbe aumentare sostanzialmente la nostra comprensione delle loro operazioni."
Oggi, i gas prodotti dal microbioma intestinale possono essere misurati utilizzando un dispositivo esterno molto simile a un etilometro. Tuttavia, una parte significativa dei dati viene persa nel processo, poiché i gas vengono assorbiti o diffusi prima che il soggetto abbia persino la possibilità di espirare. Un'altra tecnica consiste nell'analizzare la materia fecale, che affronta sfide simili a causa del ritardo di tempo coinvolto, insieme alla difficoltà di collegare i punti di dati sulla presenza di un gas con i punti esatti nel tratto digestivo, spiega Lawrence David, un assistente professore che studia microbiomi a Duke.
Kalantar-zadeh iniziò a cercare un metodo diretto che potesse potenzialmente produrre letture più precise e complete.
La sua analisi si basava su due strategie: sistemi di fermentazione fecale e capsule di gas ingeribili. Nel primo metodo, la materia fecale viene incubata in condizioni che simulano quelle dell'intestino crasso. Le feci contengono batteri dell'intestino, quindi la fermentazione imita i tipi di reazioni che si verificano all'interno del corpo. Il secondo è di gran lunga il metodo di campionamento più diretto: portare il lavoro di laboratorio direttamente nell'intestino mediante una pillola elettronica.
"Le due pratiche non sono invasive e, rispetto ai metodi pertinenti, sono molto più accurate, poiché prelevano i campioni di gas dove vengono prodotti", afferma Kalantar-zadeh.
Un'illustrazione di come potrebbe essere una capsula elettronica di localizzazione del gas. (Kourosh Kalantar-zadeh) Le capsule di monitoraggio del gas, previste da Kalantar-zadeh per costare meno di $ 10 al pezzo, sembrano compresse che i pazienti possono ingerire. In ogni capsula sono inclusi due componenti chiave: un sensore che controlla la presenza di diversi gas intestinali e una batteria che funge da alimentatore. I recenti sviluppi della tecnologia hanno portato a sensori di gas lunghi meno di 10 millimetri. Il sensore è collegato a un microprocessore e un trasmettitore wireless che trasmette i dati a un registratore esterno.
L'elettronica è racchiusa in un involucro a capsula impermeabile in grado di resistere all'elevata umidità dell'intestino, ma con una membrana permeabile ai gas vicino al sensore. I sensori consumano grandi quantità di energia perché funzionano a temperature elevate, quindi Kalantar-zadeh ritiene che le batterie agli ioni di litio siano la fonte di energia ottimale grazie alla loro alta tensione e capacità di carica.
Le capsule si basano sulla micro-tecnologia che è stata stabilita da sensori di pH, pressione e temperatura ingeribili come SmartPill e telecamere endoscopiche che i pazienti possono ingoiare per catturare immagini del tratto digestivo. Il periodo di tempo in cui ciascuna capsula di gas rimarrebbe all'interno del corpo dipende dalla velocità di funzionamento del tratto digestivo di una persona, che varia da uno a diversi giorni, afferma Kalantar-zadeh. Insieme ai collaboratori dell'Università di Melbourne, della Monash University e del CSIRO, il suo team sta attualmente testando prototipi di pillole sui suini. Mirano a pubblicare presto questi risultati e quindi sperano di ottenere l'approvazione per studi clinici con l'uomo.
Gelman e David sono entrambi entusiasti della prospettiva di questa tecnologia, insieme alla ricchezza di dati che alla fine potrebbe raccogliere. Raccogliere una massa critica di informazioni è un passo chiave per ottenere una solida comprensione dell'impatto che i gas intestinali hanno sulle condizioni di salute e sui trattamenti, osservano.
"L'utilità clinica richiederà molti più dati e approfondimenti su quali componenti sono correlati e predicono la salute e la malattia dell'ecosistema", afferma Relman.
