Przewód pokarmowy odgrywa znacznie ważniejszą rolę w organizmie człowieka niż tylko trawienie. Odpowiada m.in. za produkcję hormonów, neuroprzekaźników i komórek odpornościowych, a jego kondycja wpływa na metabolizm, nastrój i funkcjonowanie mózgu. Nic dziwnego, że naukowcy intensywnie poszukują metod pozwalających lepiej monitorować jego stan. Zespół inżynierów z Caltech opracował właśnie przełomowe rozwiązanie – inteligentną kapsułkę PillTrek, która umożliwia precyzyjne i nieinwazyjne pomiary biomarkerów w czasie rzeczywistym.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Czym jest PillTrek i jak działa inteligentna kapsułka z Caltech, która rewolucjonizuje diagnostykę przewodu pokarmowego.
- Jakie biomarkery może mierzyć kapsułka – od pH i temperatury po neuroprzekaźniki, takie jak serotonina i dopamina.
- Dlaczego PillTrek może zastąpić inwazyjne badania, takie jak biopsje czy analiza kału, i jakie daje przewagi kliniczne.
- Jakie są kolejne kroki badawcze i jakie możliwości daje ta technologia dla medycyny spersonalizowanej.
Przewód pokarmowy jako źródło kluczowych danych biologicznych
Przewód pokarmowy to skomplikowany ekosystem, w którym nieustannie zachodzą procesy biochemiczne. Wśród kluczowych biomarkerów wymienia się m.in. krótkocząsteczkowe kwasy tłuszczowe (związane z zespołem metabolicznym), cytokiny (markery stanu zapalnego), glukozę oraz neuroprzekaźniki, takie jak serotonina i dopamina. Jednak tradycyjne metody ich analizy – biopsje czy badania kału – są kosztowne, inwazyjne i nie pozwalają na uzyskanie pełnego obrazu dynamicznych procesów w całym przewodzie pokarmowym.
Czym jest PillTrek? Miniaturowa stacja badawcza
Nowa kapsułka opracowana przez zespół prof. Wei Gao z Caltech to przełom w diagnostyce przewodu pokarmowego. PillTrek ma zaledwie 7 mm średnicy i 25 mm długości, co czyni ją mniejszą od standardowych kapsułek endoskopowych, a jednocześnie znacznie bardziej zaawansowaną.
Zaprojektowaliśmy tę pigułkę tak, aby była bardzo wszechstronną platformą – mówi prof. Wei Gao. Z punktu widzenia elektrochemicznego wykrywania jest bardzo wydajna. Ma zdolność pomiaru metabolitów, jonów, hormonów, takich jak serotonina i dopamina, a być może nawet białek. I to wszystko w jelicie, które jest złożonym środowiskiem.
W badaniach przedklinicznych PillTrek z powodzeniem mierzyła m.in. poziom pH, temperaturę, glukozę i serotoninę u modeli zwierzęcych.
Jak działa PillTrek?
Wewnątrz kapsułki znajduje się elektrochemiczne stanowisko robocze, które może być dowolnie rekonfigurowane – czujniki można wymieniać w zależności od potrzeb klinicznych. Zespół Gao wcześniej opracował technologię taniego druku 3D czujników na podłożach polimerowych, co umożliwia ich masową produkcję. Cały system zużywa bardzo mało energii i działa bezprzewodowo.
Prof. Gao współpracuje z prof. Azitą Emami, specjalistką w zakresie elektrotechniki i mikrosystemów, nad kolejnymi etapami rozwoju PillTrek, w tym nad dalszym zmniejszeniem rozmiaru kapsułki oraz rozwojem bezprzewodowego przesyłu energii.
Dlaczego to ważne?
Obecnie nie istnieje komercyjna technologia pozwalająca na jednoczesne monitorowanie wielu biomarkerów w czasie rzeczywistym w całym przewodzie pokarmowym. PillTrek otwiera drogę do nieinwazyjnej, zindywidualizowanej diagnostyki chorób układu pokarmowego, metabolicznego i neurologicznego.
Możliwość ciągłego monitorowania parametrów takich jak pH, glukoza czy poziom neuroprzekaźników w jelicie może okazać się kluczowa m.in. w diagnozowaniu stanu zapalnego jelit, insulinooporności, depresji, a nawet chorób neurodegeneracyjnych.
Zespół badawczy i publikacja w „Nature Electronics”
Projekt PillTrek to efekt współpracy wielu specjalistów z Caltech, KAIST i UCLA. Głównymi autorami publikacji w Nature Electronics są Jihong Min i Hyunah Ahn, a współautorami m.in. Heather Lukas, Rinni Bhansali, Canran Wang, Gwangmook Kim, Zhaoping Li i Tzung K. Hsiai.
Technologia pozostaje obecnie w fazie badań przedklinicznych, ale jej potencjał kliniczny jest ogromny. Zespół planuje rozszerzenie badań na ludzi po uzyskaniu odpowiednich zgód i dalszym miniaturyzowaniu komponentów.
👉 Wyniki oraz opis badań znajdziesz pod TYM LINKIEM
Główne wnioski
- PillTrek to miniaturowa kapsułka diagnostyczna z Caltech, która mierzy pH, temperaturę, glukozę, serotoninę i inne biomarkery w jelicie w czasie rzeczywistym.
- Urządzenie bazuje na elektrochemicznym stanowisku roboczym i może być łatwo rekonfigurowane dzięki wymiennym czujnikom drukowanym w technologii 3D.
- Technologia jest mniej inwazyjna niż tradycyjne metody, a jej potencjał kliniczny obejmuje wczesną diagnostykę chorób metabolicznych, neurologicznych i zapalnych.
- Projekt jest rozwijany przez zespół z Caltech, KAIST i UCLA i może zrewolucjonizować gastroenterologię oraz medycynę precyzyjną.
Źródło:
- Nature Electronics
- California Institute of Technology
