L O A D I N G
blog banner

Bagaimana Pil Ingestible Memantau Kesehatan Usus Anda

Bayangkan menelan pil seukuran tablet vitamin standar, yang ketika diekskresikan memberi tahu Anda bagaimana diet Anda telah memengaruhi berbagai aspek kesehatan Anda, langsung dari memberi tahu Anda apakah episode depresi ringan Anda disebabkan oleh gejala aktual di luar kendali langsung Anda, atau sebagai akibat dari Double Cheese Pizza yang Anda konsumsi dengan soda besar pada jam 2:00 pagi, menonton acara TV favorit Anda? Bayangkan Anda didiagnosis menderita depresi klinis yang parah, Obesitas, IBS, penyakit Crohn, apa-apa, dan minta aplikasi memberitahu Anda apakah konstituen usus mungkin memainkan peran di dalamnya, tanpa perlu operasi yang menyakitkan, invasif, dan mahal. ? Bayangkan, sebagai seorang wanita, memiliki akses ke lanskap hormon yang terus berubah dari tubuh Anda, dengan cara yang baru dan informatif, dengan mengamati keanekaragaman bakteri usus Anda? Keragaman selalu baik, baik itu jenis kelamin, kebangsaan, ras, agama, atau bakteri dalam usus. Tapi itu adalah artikel untuk lain waktu.

Para ilmuwan telah mengetahui untuk sementara waktu sekarang, bahwa nutrisi yang diperoleh melalui makanan mengatur suasana hati dalam beberapa cara, dan bahwa sistem enteroendokrin atau “Otak Kedua” bertanggung jawab untuk ini. Awalnya, diperkirakan bahwa sel-sel enteroendokrin berkomunikasi dengan sistem saraf dengan melepaskan hormon sebagai respons terhadap makanan atau bakteri yang mereka rasakan, yang kemudian memodulasi perilaku. Para peneliti baru-baru ini mendemonstrasikan eksperimen untuk menunjukkan bahwa hubungan ini lebih langsung. Menggunakan teknik pencitraan 3D, penulis mengamati keberadaan mikrovili kecil dan ekstensi seperti kaki pada sel enteroendokrin, mirip dengan dendrit dan akson neuron di otak. Mereka juga mampu menunjukkan bahwa sel-sel berinteraksi satu sama lain melalui sinapsis fisik yang nyata, seperti neuron otak, dan tidak melalui pelepasan hormon seperti yang diperkirakan sebelumnya.

Teknologi pencitraan yang lebih baik, bahan-bahan baru yang biokompatibel, dan miniaturisasi elektronik adalah beberapa perbaikan yang membantu dengan fungsi mekanistik dan interpretatif dari microbiome. Artikel ini bertujuan untuk menjelaskan secara singkat keadaan di dunia pil yang dapat ditelan – apa yang dirasakan dalam usus menggunakan teknologi yang ada, dan metode penginderaan baru yang sedang dikembangkan. Pil yang dapat dikonsumsi telah dikonsumsi oleh lebih dari setengah juta orang di seluruh dunia. Sensor di dalamnya dapat mengukur parameter fisik seperti suhu dan tekanan, atau parameter kimia dan biokimia seperti gas, yang merupakan produk sampingan langsung dari aktivitas bakteri dari makanan yang kita konsumsi.

Parameter yang diketahui dapat diukur, bervariasi berdasarkan pada wilayah usus mana yang dirasakan. Misalnya, air liur di mulut memberikan informasi tentang metabolisme tubuh, dan bertindak sebagai biomarker untuk penyakit seperti HIV dan Kanker. Makanan yang tertelan melewati esofagus, yang menghubungkan mulut ke perut. Jika Anda pernah mengalami refluks asam, rasa sakit pada dada yang Anda rasakan terjadi di kerongkongan, tempat untuk menguji peradangan atau laserasi pada kasus yang parah, dokter menggunakan teknik seperti Endoskopi untuk mengakses dinding esofagus. Organ selanjutnya adalah perut, diikuti oleh usus kecil. Kehadiran bakteri seperti H.Pylori di perut dikaitkan dengan kanker lambung. Tingkat pH, keseimbangan elektrolit, metabolit, dan jumlah bakteri adalah parameter yang berguna untuk dipantau. Target penginderaan primer dari usus kecil termasuk konsentrasi elektrolit, gas, dan jumlah bakteri yang membantu dalam mengidentifikasi pertumbuhan berlebih bakteri, dll. Akhirnya, setiap produk biologis yang tersisa pindah ke usus besar, di mana kualitas mukosa, penyerapan nutrisi, dan analisis kimia senyawa tertentu menunjukkan adanya luka, infeksi, atau bahkan kanker. Sekitar 1,5kg dari ~ 2kg bakteri yang hidup di dalam tubuh hidup di usus besar. Penggunaan pil yang dapat dicerna akan menjadi pengganti yang efektif untuk kolonoskopi, endoskopi, dan metode lain dari akses saat ini ke dalam usus.

Komponen elektronik utama dalam pil khas termasuk sensor untuk suhu, pH, dan gas, yang mengumpulkan dan mengirimkan data ke penerima yang biasanya dipakai sebagai perangkat genggam di luar tubuh pasien.

 

Kapsul pencitraan pertama kali disetujui oleh FDA pada tahun 2001, dan lebih dari 2.000.000 kapsul telah dicerna sejak saat itu. Tepat bernama Mouth-To-Anus (M2A®; Given®Imaging, Yoqneam, Israel) teknologi ini sekarang populer sebagai Endoskopi Kapsul Nirkabel. Ini sangat meminimalkan kebutuhan Endoskopi dan pemutaran berulang yang menyertainya. Saat ini, ada algoritma berbasis AI untuk membantu mengidentifikasi lesi dan perdarahan di dalam dinding usus dari gambar yang diambil oleh pil, yang mengurangi upaya manusia dalam diagnosis gangguan usus. Apa isinya? Komponen elektronik miniatur sederhana yang terdiri dari kamera dan LED dihubungkan ke mikrokontroler yang mentransmisikan data ke penerima. Antarmuka elektronik dasar dapat dibangun oleh anak sekolah menengah menggunakan papan Arduino dan modul kamera mini, meskipun itu tidak akan termakan. Tantangan sebenarnya adalah membuatnya biokompatibel, mengurangi retensi kapsul, mengamankan transmisi data, mengelola kebutuhan daya, dan memastikan bahwa pasien yang menelan pil tidak memerlukan intervensi bedah untuk menghilangkannya karena alasan apa pun; bahwa itu keluar dengan aman bersama sisa limbah biologis.

Kelemahan dari Gambar berbasis, dan varian berbasis Video yang lebih kuat, termasuk bahwa mereka tidak sangat memahami aktivitas bakteri usus per se, tetapi hanya menyediakan cara untuk secara visual memeriksa dinding usus. Prosedur menelan mengharuskan pasien memiliki usus yang benar-benar bersih yang dicapai dengan berpuasa. Ini berarti bahwa mengamati aktivitas di hadapan makanan atau penghalang lain sama sekali tidak mungkin dilakukan dengan pil ini. Masalah lainnya adalah dengan menentukan di mana ia berada pada waktu tertentu di usus. Lokasi dikorelasikan menggunakan Ultrasound imaging, atau pengaruh magnetik eksternal yang juga dapat memandu, memutar, dan mengarahkan pil. Meskipun demikian, pil berbasis gambar memiliki banyak keuntungan yang menjadikannya pilihan yang populer di kalangan dokter dan pasien.

Sensor pH mengukur keasaman daerah tertentu dalam usus. Perut sangat asam karena adanya jus lambung dan sekresi asam klorida. Peningkatan pH tiba-tiba (> 3 unit) dari awal, menunjukkan transisi pil dari lambung ke usus yang lebih basa. Dengan demikian, sensor pH juga memberikan ukuran di mana dalam usus pil saat ini. Ini sangat berguna dalam mengukur waktu pengosongan lambung dan waktu transit kolon, yang merupakan jargon medis yang mewah untuk jumlah waktu yang dibutuhkan makanan untuk keluar dari perut dan memasuki usus kecil, dan dari usus besar Anda hingga masing-masing ekskresi. Sembelit kronis dikaitkan dengan waktu pengosongan lambung dan kolon yang lebih lama. Penginderaan berbasis pH juga merupakan standar emas yang digunakan oleh dokter untuk mendiagnosis penyakit yang berhubungan dengan penyakit refluks gastroesofagus. Waktu yang disarankan untuk keluar dari masing-masing daerah usus telah ditetapkan, tetapi tidak diatur dalam batu. Ini karena motilitas gastrointestinal bervariasi berdasarkan karakteristik tubuh, asupan makanan dan air, dan banyak faktor lainnya. Konsensus adalah bahwa asupan serat memperlambat perjalanan pil melalui usus kecil, tetapi memberi makan bakteri di usus besar yang membantu mengeluarkan makanan lebih cepat. Menurut produsen utama (Medtronic Given Imaging, Olympus), sinyal pH berisik dan metode ini mahal untuk sejumlah kecil informasi yang diberikannya. Gambar di bawah ini menunjukkan contoh bagaimana profil pH dan suhu yang diperoleh dari konsumsi pil terlihat. Penurunan pH pada panah hitam menunjukkan waktu pengosongan lambung, dan panah merah menunjukkan waktu transit usus besar.

Perkembangan terkini dalam dunia pil pintar adalah penginderaan berbasis gas. Percobaan percontohan manusia pertama menggunakan pil penginderaan gas diterbitkan di Nature Electronics pada tahun 2018. Gagasan utamanya adalah bahwa konstituen gas-gas tertentu dalam usus membuat biomarker yang efisien untuk berbagai penyakit dan pola makan memainkan peran dalam aktivitas fermentasi bakteri. Oleh karena itu, dapat memantau profil gas dan memahami aktivitas gas adalah nilai diagnostik. Pendekatan tradisional untuk melakukan ini termasuk tes napas, analisis flatus (analisis ilmiah AKA terhadap kentut), analisis feses dan pemasangan tabung, yang memberikan informasi bermanfaat dengan caranya sendiri; misalnya kita tahu dari tes nafas yang memiliki kandungan positif Metana / Hidrogen yang lebih tinggi dalam napas Anda dikaitkan dengan BMI yang lebih tinggi atau persentase lemak tubuh. Tetapi metode ini terbatas karena konsentrasi gas hadir dalam jumlah rendah (dalam urutan bagian per juta) yang mengarah ke rasio sinyal-ke-noise yang rendah. Keterbatasan lain adalah ketidakmampuan untuk mengambil dari mana dalam usus aktivitas gas berasal.

 

Pil yang terdiri dari sensor gas untuk mengukur tingkat Oksigen, Karbon Dioksida dan Hidrogen bertujuan untuk mengatasi keterbatasan tersebut sambil bertindak sebagai alat pemantauan yang aman dan akurat untuk kesehatan usus. Para penulis membuat profil gas untuk pasien dengan jumlah asupan serat yang bervariasi dan menunjukkan bagaimana usus halus dan waktu transit kolon bervariasi. Rincian studi crossover dan hasil darinya dapat ditemukan di sini.

 

Gambar di bawah ini menunjukkan pil dengan komponen elektronik dan kapsul gas yang dikemas bersama penerima.

Sensor gas yang digunakan adalah semikonduktor oksida logam yang beroperasi pada suhu tinggi (200–300⁰C). Itu harus dikalibrasi agar selektif terhadap tipe dan konsentrasi gas yang diketahui. Di udara bersih, Oksigen diendapkan ke permukaan Oksida Logam dari sensor gas, dan elektron bebas dari elemen pemanas mengikat Oksigen karena afinitas elektronnya yang tinggi. Tegangan / output yang diukur rendah. Dengan adanya gas pereduksi seperti Hidrogen, terjadi reaksi redoks dan Oksigen tidak lagi tersedia untuk mengikat elektron bebas. Mereka sekarang tersedia untuk konduksi dan tegangan / output yang diukur meningkat. Setelah nilai resistansi telah ditetapkan, persamaan matematika digunakan untuk menentukan konsentrasi gas. Output dari sensor yang didigitalkan menggunakan mikrokontroler dan transmisi RF pada 433GHz dengan tingkat transmisi data 2,7Mb / s biasanya digunakan. Catu daya berbasis Reed switch dibuat menggunakan baterai koin Perak oksida yang beroperasi pada ~ 3V. Ini adalah nilai standar untuk komponen elektronik yang dikemas dalam pil yang dapat dimakan.

 

Hanya “sukarelawan sehat” yang telah memenuhi kriteria inklusi seperti tidak ada riwayat gangguan usus dan kondisi kronis lainnya, tidak ada alat pacu jantung yang ditanamkan, tidak hamil, non-alkohol dan non-perokok, dll. Yang diberikan pil. Mengontrol hanya satu parameter, yaitu asupan serat, menyebabkan berbagai profil gas pada sukarelawan sehat dalam studi percontohan ini. Teknologi ini masih baru, jadi sensor gas belum berfungsi dengan baik. Baseline untuk sensor tidak stabil, dan selektivitas terhadap gas tidak terlalu kuat. Meskipun begitu, hasil awal terlihat menjanjikan; mungkin teknologi ini akan segera komersial.

 

Lapangan ini masih dalam masa pertumbuhan, tetapi apa yang dimiliki teknologi ini untuk masa depan? Dengan cara apa itu akan mengubah pemberian layanan kesehatan? Yang benar adalah bahwa fungsi usus masih dipahami oleh para peneliti dan dokter; tidak ada dua individu yang memiliki flora usus yang sama. Pengetahuan tentang aktivitas enzimatik dan metabolisme apa yang terjadi, dan bagaimana mereka merespons asupan makanan, lingkungan, dan faktor-faktor lain, dll. Tidak sepenuhnya diketahui. Mengembangkan pil yang dapat dicerna yang mampu menemukan pengetahuan baru tentang usus akan sangat wawasan dalam memberikan perawatan kesehatan yang sangat personal untuk setiap individu di planet ini.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *