قال الباحثون الذين أجروا دراسة جديدة إن حبة إلكترونية خالية من البطاريات يمكن أن تساعد الأطباء في تحليل الجزيئات المتولدة لاسلكيًا أثناء التفاعلات الكيميائية الجسدية الحيوية في القناة الهضمية قد تم عرضها لأول مرة. قام فريق المهندسين، من جامعة كاليفورنيا في سان دييغو (UCSD)، بتفصيل النتائج التي توصلوا إليها عبر الإنترنت في إصدار 1 ديسمبر من مجلة Nature Communications .
في السابق، طور العلماء حبوب الكاميرا لمساعدة الأطباء في البحث عن السرطان ومشاكل أخرى في القناة الهضمية. توجد أيضًا كبسولات إلكترونية قابلة للبلع يمكنها الإبلاغ عن درجة حرارة الجسم ومعدل ضربات القلب بالإضافة إلى العلامات الحيوية الأخرى والغازات المرتبطة بالالتهابات والتغيرات في النظام الغذائي.
ومع ذلك، حتى الآن، لم تكن هناك حبوب إلكترونية يمكنها مراقبة الجلوكوز (السكر الرئيسي الموجود في الدم) ومستقلبات أخرى – وهي مواد كيميائية أساسية أو تتشكل أثناء عملية التمثيل الغذائي في الجسم – في القناة الهضمية في الوقت الفعلي. بدلاً من ذلك، كان الأطباء يحللون المستقلبات باستخدام إجراءات يمكن أن تؤدي إلى إزعاج كبير، مثل إدخال مجسات في المعدة أو الأمعاء لتجميع السوائل، مع توليد لقطات فقط لبيئة متغيرة باستمرار.
ابتكر الباحثون الآن حبة إلكترونية للمساعدة في تحليل مستقلبات الأمعاء في وقت قياسي.
يقول باتريك ميرسير، أحد كبار المؤلفين المشارك في الدراسة، وهو مهندس كهربائي في جامعة كاليفورنيا، سان فرانسيسكو: “البيانات في الوقت الفعلي دائمًا أفضل – يمكننا استخدام البيانات لإجراء تدخلات في الوقت الفعلي”. “إذا كنا نقوم بمراقبة التغذية، فيمكننا تحديد مدخول الطعام في الوقت الفعلي بشكل أفضل، وامتصاص الجسم للجلوكوز في الوقت الفعلي، وما إلى ذلك. إذا قمنا بتوسيع الحل الخاص بنا لقياس المعلمات الأخرى مثل الرقم الهيدروجيني، فيمكننا القيام بتدخل كمي في الوقت الفعلي في شكل مضادات الحموضة، على سبيل المثال. “
لاحظ العلماء أن هذه الحبة يمكن أن تساعد في تحليل اضطرابات الجهاز الهضمي التي تؤثر على واحد من كل خمسة أشخاص تقريبًا في مرحلة ما من حياتهم. قد يشمل ذلك مرض السكري وأمراض الأمعاء الالتهابية والسمنة والأمراض المزمنة الأخرى التي تسببها عمليات الأمعاء غير الطبيعية التي تنطوي على امتصاص أو هضم مستقلبات الأمعاء.
يقول ميرسير: “أعتقد أن المغامرة الكبيرة هنا هي أن هذا يسمح لنا برؤية نافذة جديدة في الجسد”. “الأمعاء والميكروبيوم الخاص بها جزء لا يتجزأ من صحة الإنسان، ومع ذلك ليس لدينا طريقة حقيقية لأخذ عينات من عملها بخلاف عينات البراز أو عن طريق التنظير الداخلي الغازي، وكلاهما لا يلتقط ديناميكيات. ستؤدي القدرة على دراسة هذه الديناميكيات إلى إحداث ثورة في فهمنا لميكروبيوم الأمعاء، وستوفر فرصًا للعلاجات الشخصية عند الطلب “.
معظم الحبوب الإلكترونية السابقة تستخدم البطاريات. ومع ذلك، غالبًا ما تحتوي البطاريات على عناصر سامة يمكن أن تؤدي إلى مضاعفات خطيرة. في المقابل، يعمل الجهاز الجديد الخالي من البطاريات على تشغيل خلية وقود صغيرة تستهلك الجلوكوز في الأمعاء للحصول على الطاقة، بينما تراقب في نفس الوقت تغيرات تركيزات الجلوكوز.
كانت البطاريات عنصرًا مهمًا في تصميم الأقراص الإلكترونية، ويرجع ذلك جزئيًا إلى متطلبات الطاقة للاتصالات اللاسلكية؛ لم تكن الهوائيات الصغيرة المستخدمة في تلك الكبسولات جيدة في عمليات النقل بعيدة المدى ويمكن للجسم امتصاص قدر كبير من الطاقة الكهرومغناطيسية. في المقابل، يعتمد الجهاز الجديد على اتصالات جسم الإنسان المغناطيسية الموفرة للطاقة، والتي تنقل الإشارات باستخدام المجالات المغناطيسية.
يساعد الغلاف الخارجي للحبة الجديدة على حمايتها من أحماض المعدة، والتي كانت في السابق عائقًا رئيسيًا أمام إنشاء كبسولة إلكترونية لتحليل المستقلبات المعوية. يذوب هذا الغلاف في القناة الهضمية بمجرد خروج الحبة من الأذى. بمجرد اختفاء هذه الطبقة، تصبح حبوب منع الحمل مجانية لمراقبة الأمعاء.
ساعد التصميم الخالي من البطارية والدوائر منخفضة الطاقة المستخدمة في الكبسولة في الحفاظ على المساحة وتمكين التصغير الكبير. بشكل عام، يبلغ طول النموذج الأولي للجهاز 2.6 سم وقطره 0.9 سم.
أجرى العلماء تجارب على الخنازير التي لها قناة معدية معوية مماثلة في الحجم للإنسان. رصدت حبوب منع الحمل باستمرار مستويات الجلوكوز لمدة 14 ساعة بعد ابتلاعها، ونقل البيانات كل خمس ثوانٍ لمدة ساعتين إلى خمس ساعات.
إذا استطاع الأطباء استخدام هذه الحبة في البشر ، “فسنكون قادرين على دراسة امتصاص الجسم للجلوكوز السريري عند تناول الطعام في الوقت الفعلي”، كما يقول ميرسير. “قد يكون هذا مثيرًا للاهتمام في التطبيقات المتعلقة بالتغذية والسكري وما إلى ذلك.”
يخطط الباحثون الآن لتقليص حبوب منع الحمل لتسهيل ابتلاعها، مما قد يتيح الاستخدام البشري. بالإضافة إلى ذلك، فإنهم يهدفون إلى إضافة المزيد من أجهزة الاستشعار، “لتمكين جميع أنواع التطبيقات السريرية الأخرى المثيرة للاهتمام”، كما يقول ميرسير. “التطبيقات السريرية يحتمل أن تكون واسعة.”
