Nouvelle « capsule intelligente » pour étudier la santé du tractus gastro-intestinal

Les scientifiques constatent de plus en plus que le tube digestif joue un rôle essentiel dans notre santé globale. Si ses principales fonctions sont centrées sur la digestion, le tube digestif est également impliqué dans la production d'hormones, de cellules immunitaires et même de neurotransmetteurs pouvant influencer l'humeur et les fonctions cérébrales. Ainsi, le tube digestif abrite de nombreux biomarqueurs utiles pour identifier, surveiller et traiter les maladies, allant des acides gras à chaîne courte, indicateurs du syndrome métabolique, aux cytokines, biomarqueurs de l'inflammation.

Cependant, il n'existe actuellement aucune technologie permettant d'établir facilement le profil de ces informations métaboliques et moléculaires du tube digestif. Les méthodes d'évaluation traditionnelles reposent sur l'analyse fécale ou la biopsie, deux méthodes invasives et coûteuses qui ne permettent pas d'obtenir un profilage en temps réel de l'ensemble du tube digestif.

Une équipe d'ingénieurs de Caltech a développé une capsule intelligente appelée PillTrek, capable de mesurer le pH, la température et divers biomarqueurs. Elle intègre des capteurs simples et peu coûteux dans une station de travail électrochimique sans fil miniature, reposant sur une électronique basse consommation. Compacte, PillTrek mesure 7 millimètres de diamètre et 25 millimètres de longueur, ce qui la rend plus petite que les caméras à capsule disponibles dans le commerce pour l'endoscopie, mais permet d'effectuer diverses mesures électrochimiques.

« Nous avons conçu cette pilule pour en faire une plateforme très polyvalente », explique Wei Gao , professeur de génie médical à Caltech et chercheur à l'Heritage Medical Research Institute. « Du point de vue de la détection électrochimique, elle est très puissante. Elle permet de mesurer les métabolites, les ions, les hormones comme la sérotonine et la dopamine, et peut-être même les protéines. Et tout cela dans l'intestin, un environnement complexe. »

Les scientifiques décrivent la capsule dans un nouvel article paru dans la revue Nature Electronics . Les principaux auteurs sont Jihong Min, stagiaire postdoctoral en ingénierie médicale à Caltech, et Hyunah Ahn, chercheuse invitée en ingénierie médicale à Caltech et étudiante diplômée à l'Institut coréen des sciences et technologies avancées (KAIST).

À titre de preuve de concept, PillTrek a été utilisé dans l’étude pour mesurer le pH et la température ainsi que les variations des niveaux de glucose et du neurotransmetteur sérotonine dans des modèles animaux.

Gao souligne que le poste de travail électrochimique intégré à la capsule est reconfigurable. Différents capteurs pourraient facilement être interchangés pour permettre la mesure de différents paramètres intestinaux. Son équipe a déjà développé une technique d'impression 3D de capteurs peu coûteux sur des feuilles de plastique. Cette technique peut être utilisée pour la production en série des capteurs de PillTrek.

En ce qui concerne les prochaines étapes, Gao dit qu'il travaille avec le co-auteur Azita Emami , professeur Andrew et Peggy Cherng de génie électrique et de génie médical à Caltech, pour étudier le transfert d'énergie sans fil et l'électronique plus petite qui rendraient PillTrek encore plus petit et moins gourmand en énergie.

« Les capsules ingérables présentent un potentiel considérable pour le diagnostic, le suivi et la prise en charge des maladies chroniques, mais les dispositifs précédents étaient très limités en termes de capacités de détection, de durée de vie et de taille », explique Emami, également directeur du Center for Sensing to Intelligence. « Ces travaux constituent une étape translationnelle importante vers des dispositifs capables de fournir des informations médicales pertinentes aux patients et aux médecins. »

https://www.caltech.edu/about/news/new-smart-capsule-to-study-the-health-of-the-gi-tract