I sensori ingeribili: un aiuto per l'intestino e non solo

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.

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).