I sensori ingeribili
sono potenzialmente un potente strumento per monitorare la salute umana. Ad
esempio, possono fornire letture del
pH e
della
pressione o monitorare i
farmaci, ma anche informazioni chiave sulla composizione chimica dell'intestino.
Ancora non sono disponibili. In una
prova
pilota umana, una capsula elettronica ingeribile è stata in grado di
rilevare l'
ossigeno, l'
idrogeno e il
biossido di carbonio. La
capsula utilizza una combinazione di
sensori di conduttività termica e di
semiconduttori
e la loro
selettività e
sensibilità ai diversi gas è
controllata regolando gli elementi riscaldanti dei sensori. I
profili gassosi dei soggetti sono stati
ottenuti modulando le
attività fermentative microbiche intestinali
alterando il loro apporto di fibre alimentari. L'
imaging ecografico ha confermato che il profilo di concentrazione
equivalente all'ossigeno potrebbe essere utilizzato come
marker accurato per la
posizione della capsula. Le variazioni di assunzione di fibre sono associate a
diversi tempi di transito intestinale e del colon, e alla fermentazione
dell'intestino.
I modelli di
fermentazione regionali potrebbero essere definiti mediante profili di gas idrogeno. La nostra capsula di
gas diventerebbe uno strumento accurato e sicuro per monitorare gli effetti
della dieta degli individui e ha il potenziale di utilizzazione come strumento
diagnostico per l'intestino.
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| Sensore ingeribile |
Lo sviluppo di sensori
ingeribili offre importanti opportunità nella diagnostica medica e nel
monitoraggio del corpo umano. Contrariamente ai sensori indossabili, per lo più limitati al contatto con la pelle,
i sensori ingeribili possono essere
immersi nell'intestino, un ambiente in cui le concentrazioni di sostanze
chimiche scambiate dal nostro corpo sono alte. Tuttavia, il campo dei sensori ingeribili rimane un'area della
tecnologia relativamente sottosviluppata, sebbene i progressi in elettronica e
sensori ora forniscano una base per la creazione di sensori chimici che sono
anche ingestibili ma che debbono
essere affidabili, sicuri, economici e durevoli. I sensori commerciali ingeribili sono oggi limitati principalmente a profilatori di
pH e pressione, strumenti di monitoraggio dei farmaci e monitoraggio della
tomografia a coerenza ottica esofagea, utilizzando capsule fissate in serie.
Per sviluppare potenti capsule ingeribili in grado di rilevare i componenti
chimici dell'intestino, un primo passo è identificare i giusti analiti target
dell'intestino, dal momento che determinati costituenti di gas sono stati
identificati come biomarcatori efficienti che contengono una grande quantità di
informazioni sulla salute dei nostri corpi.
I principali gas intestinali sono l'idrogeno, l'anidride
carbonica, l'azoto e l'ossigeno (e anche il metano in alcune persone), così come
diverse specie di gas odorifere e di vapore. Questi gas provengono in parte
dall'aria ingerita, sebbene le loro fonti più significative siano le
conversioni chimiche endogene, le perturbazioni enzimatiche e, soprattutto,
l'attività metabolica del microbiota intestinale sulla loro interazione con il
contenuto di cibo non assorbito.
I gas dell'intestino
sono significativi nella comprensione della patogenesi dei disturbi dell'intestino
e nella diagnostica. La produzione di gas da fermentazione batterica può
indurre sintomi addominali attraverso la distensione luminale in pazienti con
sindrome dell'intestino irritabile (IBS)
e ipersensibilità viscerale. Anche il malassorbimento di carboidrati e la
proliferazione batterica dell'intestino tenue (SIBO) sono spesso diagnosticati con misurazioni di H2. È stato
anche dimostrato che questi gas sono modulati efficacemente dalla dieta. Poiché
la dieta può modulare rapidamente e in modo riproducibile il microbioma
dell'intestino, anche i profili intestinali del gas dovrebbero essere alterati
alla stessa velocità e ripetibilità. Misurando con precisione i gas
gastrointestinali si fornirebbe una visione unica della funzionalità del
microbiota e potrebbe consentire lo sviluppo di nuove procedure diagnostiche,
terapeutiche e di monitoraggio. L'assunzione di cibo è fortemente legata alla
produzione di gas e un accurato dispositivo di rilevamento del gas potrebbe
aiutare nella progettazione di alimenti funzionali, portando a una migliore
salute del colon e alla comprensione del cibo nei nostri corpi.
Varietà di metodiprecedentemente usati per
misurare e valutare i gas dell'intestino: l'analisi flatus, l'inserimento
del tubo, la calorimetria del corpo
intero, l'incubazione in vitro
di campioni fecali e test respiratori, ognuno dei quali ha i suoi vantaggi e
svantaggi. P
ossono essere molto invasivi (
inserimento del tubo), scomodi (
analisi flatulenta, inserimento del tubo, calorimetria del corpo intero)
e finora, a parte l'inserimento del tubo, sembrano non affidabili. I più comuni
sono i
test respiratori che, pur
fornendo informazioni preziose, soffrono di difficoltà interpretative
principalmente associate alla mancata conoscenza dell'origine regionale della
produzione di gas e anche dal bassissimo rapporto segnale / rumore dell'output
(i gas vengono misurati solo in parti-per-milione di concentrazioni).
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