2 دسامبر 2022- محققان دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو(UCSD) ، یک حسگر زیستی قابل بلع بدون باتری ساخته اند که می تواند به طور مداوم محیط روده را مانیتور کند. مطالعه ی آنها درNature Communications  منتشر شده است.

بار اختلالات گوارشی

سطح گلوکز روده یکی از شاخص‌های اصلی سلامت کلی دستگاه گوارش است. اختلالات دستگاه گوارش (GI) بار سلامتی قابل توجهی را در سراسر جهان ایجاد کرده و تقریباً از هر 10 نفر، 4 نفر را تحت تأثیر قرار داده است. اختلالات گوارشی می تواند شامل دیابت، بیماری التهابی روده (IBD) و چاقی باشد. موضوع مشترک در بین این اختلالات، اختلال در فرآیندهای روده ای است که برای جذب یا هضم متابولیت های روده لازم است.

تشخیص اختلالات گوارشی کار ساده ای نیست و روش های نظارت بر روده ی کوچک بیماران می تواند ناراحت کننده یا حتی دردناک باشد. پروفسور Patrick Mercier، استاد مهندسی برق و کامپیوتر درUCSD ، گفت: در حال حاضر، روش نمونه‌ برداری از مایع داخل معده و روده، انجام آندوسکوپی است، که در این روش یک پزشک متخصص، کاتتری را از طریق گلو وارد دستگاه گوارش شما می کند.

ایجاد یک "کپسول هوشمند" برای ردیابی متابولیت های روده

پرفسور Mercier و همکارانش، از جمله پرفسور جوزف وانگ، متخصص برجسته ی نانومهندسی در دپارتمان مهندسی UCSD، به دنبال اصول مهندسی برای حل این مشکل بودند. آنها یک "کپسول هوشمند" قابل بلعیدن به اندازه 2.6 سانتی متر طول و قطر 0.9 سانتی متر ساختند که با گلوکز کار می کند یک منبع انرژی که در همه ی قسمتهای بدن وجود دارد. پرفسور Mercier، گفت: با ترکیب مدار کم مصرف و فناوری‌های بی‌سیم آزمایشگاه ما با سلول سوختی زیستی پروفسور جوزف وانگ، که انرژیش از گلوکز موجود در بدن تامین می شود و سنجش الکتروشیمیایی پیشرفته ی آزمایشگاه پروفسور وانگ، فرصتی برای ایجاد روش‌های جدید برای درک آنچه در روده کوچک اتفاق می افتد، فراهم شد.

پرفسور وانگ گفت: ایجاد یک دستگاه قابل بلع مجهز به حسگرها و وسایل الکترونیکی لازم برای بازخوانی وقایع بدون داشتن سیم که نیازی به باتری نیز نداشته باشد، دشوار بود. این کپسول هوشمند که با  چاپ 3 بعدی ساخته شده است، با مداری ادغام شده است که قادر به برداشت انرژی، حس زیستی و تله متری بی سیم است که توسط یک طرح تبدیل انرژی به فرکانس، که ارتباطات مغناطیسی بدن را مهار و از آنها استفاده می کند، تغذیه می شود. به طور خلاصه، این کار شامل ارسال پالس‌های مغناطیسی بسیار کم‌ توان از میان بافت بدن بیمار است که از طریق یک دستگاه گیرنده که در قسمت بیرونی بدن پوشیده می شود، شناسایی و رمزگشایی می شود.

پرفسور Mercier توضیح داد: این دستگاه از گلوکز موجود در روده به عنوان سوخت زیستی برای تامین انرژی خود استفاده می کند. کارکرد همه اینها با وسایل الکترونیکی بسیار کم مصرف و یک سلول سوخت زیستی گلوکز پایدار و در عین حال کوچک، چالش‌های فنی عمده‌ای بودند که این همکاری آنها را مرتفع نمود.

نتایج امیدوار کننده از مطالعات خوک

در یک مطالعه اثبات مفهومی، محققان این کپسول هوشمند را در خوک‌ها آزمایش کردند. ارنستو د لاپاز آندرس، دانشجوی فوق لیسانس نانومهندسی UCSD و یکی از اولین نویسندگان این مقاله، گفت: در آزمایشات ما، این فناوری حسگر زیستی بدون باتری 14 ساعت پس از بلعیده شدن، به طور مداوم سطوح گلوکز را در روده باریک خوک ها، هر 5 ثانیه به مدت 2 تا 5 ساعت، اندازه گیری و گزارش کرد.

در مورد مراحل بعدی، محققان قصد دارند تعداد حسگرهای موجود در این کپسول را افزایش دهند تا بتوانند نظارت بر پارامترهای شیمیایی بیشتری را در روده ها امکان پذیر کنند. د لاپاز آندرس گفت: با توجه به اینکه دستگاه گوارش ما دارای تغییرات پویایی از نظر pH، دما و غلظت اکسیژن است، در تحقیقات آینده بر روی ادغام مدالیته های سنسینگ اضافی برای در نظر گرفتن این تفاوت‌ها کار خواهیم کرد. محققان همچنین قصد دارند اندازه ی این کپسول را برای آزمایش انسانی کاهش دهند، تا بلعیدن آنها راحت تر گردد.

منبع:

https://www.technologynetworks.com/diagnostics/news/self-powered-ingestible-smart-pill-monitors-the-small-intestine-368117