Los científicos están descubriendo cada vez más que el tracto gastrointestinal (GI) desempeña un papel vital en nuestra salud general.
Si bien sus funciones principales se centran en la digestión, el tracto GI también participa en la producción de hormonas, células inmunitarias e incluso neurotransmisores que pueden afectar el estado de ánimo y la función cerebral. Por ello, el tracto GI alberga numerosos biomarcadores que pueden ser útiles para identificar, monitorear y tratar enfermedades, desde los ácidos grasos de cadena corta, indicadores del síndrome metabólico, hasta las citocinas, biomarcadores de la inflamación.
Sin embargo, actualmente no existe tecnología que permita analizar fácilmente esta información metabólica y molecular del tracto gastrointestinal. Los métodos de evaluación tradicionales implican análisis fecal o biopsia, que son invasivos, costosos y no permiten analizar en tiempo real todo el tracto gastrointestinal.
Ahora, un equipo de ingenieros de Caltech ha desarrollado una cápsula inteligente llamada PillTrek, capaz de medir el pH, la temperatura y diversos biomarcadores. Incorpora sensores sencillos y económicos en una estación de trabajo electroquímica inalámbrica en miniatura que utiliza electrónica de bajo consumo. PillTrek es diminuta, con 7 milímetros de diámetro y 25 milímetros de longitud, lo que la hace más pequeña que las cámaras de cápsula disponibles comercialmente para endoscopia, pero capaz de realizar diversas mediciones electroquímicas.
«Diseñamos esta píldora para que fuera una plataforma muy versátil», afirma Wei Gao , profesor de ingeniería médica en Caltech e investigador del Instituto de Investigación Médica Heritage. «Desde el punto de vista de la detección electroquímica, es muy potente. Tiene la capacidad de medir metabolitos, iones, hormonas como la serotonina y la dopamina, e incluso proteínas. Todo ello dentro del intestino, un entorno complejo».
Los científicos describen la cápsula en un nuevo artículo publicado en la revista Nature Electronics . Los autores principales son Jihong Min, becario postdoctoral en ingeniería médica en Caltech, y Hyunah Ahn, investigadora visitante en ingeniería médica en Caltech y estudiante de posgrado en el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST).
Como prueba de concepto, se utilizó PillTrek en el estudio para medir el pH y la temperatura, así como los niveles cambiantes de glucosa y del neurotransmisor serotonina en modelos animales.
Gao señala que la estación de trabajo electroquímica dentro de la cápsula es reconfigurable. Diversos sensores se pueden intercambiar fácilmente para permitir la medición de diferentes parámetros intestinales. Su equipo desarrolló previamente una técnica para la impresión 3D de sensores económicos sobre láminas de sustrato plástico. Esta técnica puede utilizarse para la producción en masa de los sensores para PillTrek.
En términos de los próximos pasos, Gao dice que está trabajando con el coautor Azita Emami , profesor Andrew y Peggy Cherng de Ingeniería Eléctrica e Ingeniería Médica en Caltech, para estudiar la transferencia de energía inalámbrica y dispositivos electrónicos más pequeños que harían que PillTrek sea aún más pequeño y de menor consumo de energía.
«Las cápsulas ingeribles tienen un gran potencial para el diagnóstico, la monitorización y el tratamiento de enfermedades crónicas, pero los dispositivos anteriores presentaban limitaciones considerables en cuanto a su capacidad de detección, vida útil y tamaño», afirma Emami, quien también dirige el Centro de Detección a Inteligencia. «Este trabajo supone un importante avance hacia dispositivos que puedan proporcionar información médica significativa a pacientes y médicos».
Los autores adicionales del artículo son Heather Lukas (MS ’21), Xiaotian Ma, Rinni Bhansali, Sung-Hyuk Sunwoo, Canran Wang (MS ’23), Yadong Xu, Dickson R. Yao y Gwangmook Kim de Caltech, así como Zhaoping Li y Tzung K. Hsiai de la Facultad de Medicina David Geffen de UCLA y Hee-Tae Jung de KAIST.
El trabajo contó con el apoyo financiero de la Fundación Nacional de Ciencias, los Institutos Nacionales de Salud, la Sociedad Americana del Cáncer, la Oficina de Investigación del Ejército, la Actividad de Adquisición de Investigación Médica del Ejército de los Estados Unidos, la Fundación Nacional de Investigación de Corea, el Instituto de Investigación Médica Heritage y el Centro de Investigación sobre el Cambio Climático Global KAIST-UC Berkeley-VNU. El equipo también recibió apoyo e infraestructura cruciales del Instituto Kavli de Nanociencia de Caltech. Caltech News. K. F. Traducido al español
