Trendem dneška může být nositelná technologie, ale výzkumný tým v australském Melbourne se snaží učinit velké pokroky s nepoživatelnou rozmanitostí. Tento týden Kourosh Kalantar-zadeh a jeho kolegové z RMIT University vydali referát v Trends in Biotechnology, který nastiňuje potenciál nepoživatelných elektronických tobolek pro přesné měření střevních plynů. Tyto technologie by podle jejich názoru nabídly hlubší v reálném čase nahlédnutí do činností plynů uvnitř těla a jejich podezření na vztahy s určitými nemocemi.
Související obsah
- Ani nechcete vědět o všech věcech žijících na oční bulvě
Náš trávicí systém je v práci víc než jen vnitřní orgány. Potřebujeme také náš střevní mikrobiom, celý ekosystém různých bakterií, který pomáhá rozkládat jídlo, které jíme fermentací. I když některé ze střevních plynů, které vydáváme, jsou způsobeny polykáním vzduchu, jiné vznikají, když různé bakterie tvořící mikrobiom metabolizují látky ve střevech.
Některé studie naznačují, že určité plyny mohou být užitečnými ukazateli zdravotního stavu člověka. Například, bakterie redukující síran produkují sirovodík, který byl spojen se syndromem dráždivého střeva. Bylo také spojeno mezi přítomností některých střevních plynů a zánětlivého onemocnění střev a rakoviny tlustého střeva. Pokud lze tyto plyny přesně detekovat a sledovat, mohly by informace pomoci podpořit výzkum příčin těchto nemocí.
„Účinek střeva na gastrointestinální choroby spotřebovává každoročně po celém světě významnou část výdajů na zdravotní péči, “ poznamenává Kalantar-zadeh a zdůrazňuje svůj nový přístup jako nákladově efektivní způsob, jak pomoci rozluštit dopad střev na celkové zdraví. Stanfordský profesor a mikrobiolog David Relman souhlasí: „Obecně je schopnost monitorovat mikrobiální komunitní funkce nebo ekosystémové služby ve střevě kritickou potřebou a mohla by výrazně přispět k našemu pochopení jejich operací.“
Dnes lze plyny produkované střevním mikrobiomem měřit pomocí externího zařízení, které je podobné Breathalyzeru. Během procesu se však ztratí významná část dat, protože plyny se absorbují nebo rozptylují dříve, než má subjekt dokonce výdech. Další technika zahrnuje analýzu fekální hmoty, která čelí podobným výzvám vzhledem k časovému zpoždění, spolu s obtížemi spojování datových bodů o přítomnosti plynu s přesnými místy v zažívacím traktu, vysvětluje Lawrence David, pomocný profesor studující mikrobiomy na Dukeovi.
Kalantar-zadeh se rozhodl hledat přímou metodu, která by potenciálně mohla vést k přesnějším a komplexnějším údajům.
Jeho analýza dopadla na dvě strategie: fekální fermentační systémy a poživatelné plynové kapsle. V první metodě je fekální hmota inkubována v podmínkách, které simulují stavy tlustého střeva. Výkaly obsahují bakterie ze střeva, takže fermentací napodobuje typy reakcí probíhajících v těle. Druhá je zdaleka nejpřímější metoda vzorkování - přivedení laboratorní práce přímo do střeva pomocí elektronické pilulky.
"Tyto dva postupy jsou neinvazivní a ve srovnání s příslušnými metodami jsou mnohem přesnější, protože odebírají vzorky plynu tam, kde jsou vyráběny, " říká Kalantar-zadeh.
Ilustrace, jak by mohla vypadat elektronická kapsle pro sledování plynu. (Kourosh Kalantar-zadeh) Kapsle na sledování plynu, které společnost Kalantar-zadeh odhaduje na cenu nižší než 10 USD za kus, vypadají jako tablety, které mohou pacienti spolknout. V každé kapsli jsou dvě klíčové komponenty: senzor, který monitoruje přítomnost různých střevních plynů a baterii, která slouží jako zdroj energie. Nejnovější vývoj v technice vedl k tomu, že senzory plynu jsou kratší než 10 milimetrů. Čidlo je připojeno k mikroprocesoru a bezdrátovému vysílači, který přenáší data do externího záznamníku.
Elektronika je uzavřena v nepropustném pouzdru kapsle, které je schopné odolat vysoké vlhkosti ve střevě, ale s membránou propustnou pro plyn v blízkosti senzoru. Senzory vypouštějí velké množství energie, protože pracují při vysokých teplotách, takže Kalantar-zadeh si myslí, že lithium-iontové baterie jsou díky svému vysokému napětí a nabíjecím kapacitám optimálním zdrojem energie.
Tobolky staví na mikro-technologii, která byla vytvořena pomocí poživatelných senzorů pH, tlaku a teploty, jako jsou SmartPill a endoskopické kamery, které mohou pacienti spolknout, aby zachytili snímky zažívacího traktu. Doba, po kterou by každá plynová kapsle zůstala uvnitř těla, je závislá na tom, jak rychle zažívací trakt člověka pracuje, sahající od jednoho do několika dnů, říká Kalantar-zadeh. Spolu se spolupracovníky na University of Melbourne, Monash University a CSIRO jeho tým v současné době testuje prototypy pilulek na prasatech. Jejich cílem je zveřejnit tyto výsledky brzy a pak doufají, že získají schválení pro klinická hodnocení s lidmi.
Gelman a David jsou nadšeni vyhlídkou na tuto technologii a spoustou dat, která by mohla nakonec sbírat. Shromažďování kritického množství informací je klíčovým dalším krokem k získání solidního porozumění dopadu střevních plynů na zdravotní stav a léčbu.
„Klinická užitečnost bude vyžadovat mnohem více údajů a poznatků o tom, které komponenty korelují a predikují zdraví a nemoc ekosystému, “ říká Relman.
