كبسولة ذكية جديدة لمراقبة صحة الجهاز الهضمي

يكتشف العلماء والباحثون يومًا تلو الآخر، وبشكل متزايد أن الجهاز الهضمي يلعب دورًا حيويًّا في صحتنا العامة.

فبينما تتمحور وظائفه الرئيسية حول الهضم، يشارك الجهاز الهضمي أيضًا في إنتاج الهرمونات والخلايا المناعية، وحتى النواقل العصبية التي يمكن أن تؤثر على المزاج ووظائف الدماغ.

وبالتالي، يحتوي الجهاز الهضمي على العديد من المؤشرات الحيوية المختلفة التي يمكن أن تكون مفيدة في تحديد الأمراض ومراقبتها وعلاجها - بدءًا من الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة التي تُشير إلى متلازمة التمثيل الغذائي، ووصولًا إلى السيتوكينات التي تُشير إلى الالتهاب.

لكن لا توجد حاليًا تقنية متاحة تُمكّن من تحديد هذه المعلومات الأيضية والجزيئية بسهولة من الجهاز الهضمي. تتضمن طرق التقييم التقليدية إما تحليل البراز أو الخزعة، وهي طرق جراحية باهظة الثمن، ولا تُتيح تحديدًا آنيًا لحالة الجهاز الهضمي.

كبسولة بيل تريك

طوّر فريق من مهندسي معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (كالتك) كبسولة ذكية تُسمى "بيل تريك" أو PillTrek، قادرة على قياس درجة الحموضة (pH) ودرجة الحرارة، بالإضافة إلى مجموعة متنوعة من المؤشرات الحيوية. تتضمن الكبسولة مستشعرات بسيطة وغير مكلفة في محطة عمل كهروكيميائية لاسلكية مصغّرة تعتمد على إلكترونيات منخفضة الطاقة.

"بيل تريك" كبسولة صغيرة الحجم، قطرها 7 ملم وطولها 25 ملم، مما يجعلها أصغر من كاميرات الكبسولات المتوفرة تجاريًا والمستخدمة في التنظير الداخلي، ولكنها قادرة على إجراء مجموعة من القياسات الكهروكيميائية.

يقول وي جاو، أستاذ الهندسة الطبية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، وباحث في معهد أبحاث التراث الطبي: "صممنا هذه الحبة لتكون منصة متعددة الاستخدامات. من منظور الاستشعار الكهروكيميائي، فهي قوية جدًا، لديها القدرة على قياس المستقلبات والأيونات والهرمونات مثل السيروتونين والدوبامين، وربما حتى البروتينات أيضًا، وكل ذلك داخل الأمعاء، وهي بيئة معقدة".

وصف العلماء الكبسولة في ورقة بحثية جديدة نُشرت في مجلة Nature Electronics.

كإثبات للمفهوم، تم استخدام PillTrek في الدراسة لقياس درجة الحموضة ودرجة الحرارة وكذلك المستويات المتغيرة للجلوكوز والناقل العصبي السيروتونين في النماذج الحيوانية.

يشير جاو إلى أن محطة العمل الكهروكيميائية داخل الكبسولة قابلة لإعادة التشكيل. ويمكن بسهولة تبديل مجموعة متنوعة من المستشعرات المختلفة في مكانها لتمكين قياسات مختلفة للمعلمات في الأمعاء.

وقد طور فريقه سابقًا تقنية للطباعة ثلاثية الأبعاد لمستشعرات منخفضة التكلفة على صفائح من البلاستيك.

يمكن استخدام هذه التقنية لإنتاج المستشعرات بكميات كبيرة لدواء بيل تريك.

وفي ما يتعلق بالخطوات التالية، يقول جاو إنه يعمل مع المؤلفة المشاركة أزيتا إمامي، أستاذة أندرو وبيجي تشيرنج للهندسة الكهربائية والهندسة الطبية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ومديرة مركز الاستشعار عن بعد، للبحث في نقل الطاقة لاسلكياً والإلكترونيات الأصغر حجماً التي من شأنها أن تجعل PillTrek أصغر حجماً وأقل طاقة.