Ученые из Бельгии и Нидерландов создали крошечную капсулу GISMO, которая по размеру напоминает конфету Tic Tac. Человеку достаточно ее проглотить, после чего устройство начинает собирать данные о состоянии пищеварительной системы. Пока капсула движется по кишечнику, она каждые 20 секунд анализирует химическую среду и передает информацию на небольшой приемник, который пациент носит на поясе.
Как пишет The Economist, эта технология может существенно изменить подход к диагностике заболеваний. Врачи получат возможность выявлять проблемы со здоровьем еще до появления симптомов, а в будущем подобные устройства могут научиться доставлять лекарства непосредственно к пораженным участкам организма.
Почему обычных обследований уже недостаточно
В кишечнике человека живут триллионы бактерий. Вещества, которые они производят, могут многое рассказать о состоянии здоровья, но получить такую информацию врачам до сих пор было непросто.
Эндоскопия и колоноскопия позволяют осмотреть пищеварительную систему изнутри, однако эти процедуры остаются неприятными для пациентов, требуют подготовки и часто заставляют людей откладывать обследование до последнего.
Более 20 лет назад появились капсулы со встроенными камерами, в частности PillCam. Они помогли миллионам пациентов, но имеют ограничения: могут только показать изображение. В то же время многие заболевания проявляются не внешними изменениями, а изменением химических показателей — кислотности, состава газов или веществ, которые сигнализируют о воспалении.
Именно на это обращает внимание GISMO, которая отслеживает химические процессы внутри кишечника и может заметить признаки воспаления или других опасных изменений задолго до того, как человек почувствует первые симптомы.
Сейчас устройство испытывают с участием пациентов с колоректальным раком и язвенным колитом. Процедура максимально проста: капсулу глотают перед завтраком, а через несколько дней она естественным путем покидает организм.
Как развивались "умные таблетки"
Создать электронное устройство, способное работать в агрессивной среде желудка и кишечника, ученые пытаются уже много лет, в частности.
- в 2018 году во время первых испытаний подобная капсула смогла измерить уровень кислорода, водорода и углекислого газа в пищеварительной системе. Также она помогла исследователям понять, как бактерии реагируют на изменения в рационе, в частности на увеличение количества клетчатки.
- в 2023 году исследователи из США представили еще одну разработку — капсулу с защищенным золотым электродом. Она способна обнаруживать сероводород — газ с характерным запахом тухлых яиц, который производят бактерии, связанные с язвой желудка и повышенным риском развития онкологических заболеваний. В частности речь идет о бактерии Helicobacter pylori. В перспективе такая технология полностью заменит неприятные анализы или неточные дыхательные тесты.
- в 2024 году команда из Южнокалифорнийского университета представила капсулу с оптико-электронными датчиками. Благодаря алгоритмам нейросетей она с точностью до миллиметра определяет концентрацию аммиака и кислорода в желудочно-кишечном тракте. Вскоре после тестов на животных ее планируют отдать пациентам для домашнего использования с выводом всех данных прямо на экран смартфона.
Параллельно австралийская компания Atmo Biosciences уже вывела на стадию клинических испытаний собственную разработку, которая выявляет чрезмерное размножение бактерий в тонком кишечнике. Эта патология заставляет микробы поглощать питательные вещества раньше самого организма, что провоцирует боль и истощение. По заявлениям компании, их система оказалась в три тысячи раз чувствительнее традиционных дыхательных методик.
От диагностики до точечного лечения
Следующая амбициозная цель ученых — научить микрочипы не только сигнализировать о болезни, но и сразу лечить ее. Это гораздо эффективнее, чем пить обычные таблетки, которые растворяются в желудке и разносятся по всему телу, нагружая организм ради помощи одному конкретному лоскуту воспаленной ткани.
Над этим активно работают в Массачусетском технологическом институте, где в 2024 году создали капсулу, которая движется по принципу реактивной струи головоногих моллюсков и способна буквально впрыскивать лекарство непосредственно в стенку пищеварительного тракта. Проект оказался настолько перспективным, что федеральная грантовая система США ARPA-H выделила команде MIT 66 миллионов долларов на пятилетнюю программу. Деньги пойдут на разработку пероральных устройств для введения мРНК-препаратов, а также на создание "электроцевтики" — методов лечения с помощью деликатной электрической стимуляции нервных и гормональных сетей тела.
Меню будущего: батарейка из витаминов и транзистор из зубной пасты
Самым главным камнем преткновения для разработчиков остается вопрос энергии, поскольку нынешние капсулы питаются от стандартных оксид-серебряных батареек. Для разового исследования это приемлемо, но для хронических больных, которым мониторинг нужен постоянно, такой вариант не подходит — аккумуляторы становятся вредным электронным мусором внутри тела, к тому же они мешают сделать гаджет еще меньше.
Выход из этой ситуации нашли итальянские ученые из Института технологий в Генуе в рамках европейского проекта ELFO, которые решили собирать микросхемы исключительно из продуктов питания.
В 2023 году итальянцы представили первый полностью съедобный аккумулятор. Его компонентами стали:
- Рибофлавин (витамин B2) и кверцетин (вещество, которым богаты каперсы);
- Активированный уголь и морские водоросли;
- Пчелиный воск и контакты из пищевого золота.
Эта кулинарно-техническая смесь выдала напряжение 0,65 В и обеспечила ток в 48 микроампер в течение 12 минут — этого хватило, чтобы зажечь экономный светодиод и доказать жизнеспособность идеи. Уже в следующем году эта же лаборатория собрала полностью съедобный транзистор, использовав в качестве полупроводника медный фталоцианин — синий краситель, который каждый из нас ежедневно видит в зубной пасте.
Впереди у инженеров еще много работы: безопасные пищевые полупроводники пока работают медленно и нестабильно, съедобные батареи сильно уступают мощностью литиевым аналогам, а человеческие ткани активно глушат радиоволны, затрудняя передачу беспроводного сигнала наружу. Кроме того, создание устройства, которое одновременно является пищей, медицинским инструментом и электронной схемой, вызывает панику у регуляторных органов, которые просто не знают, как его сертифицировать.
Напомним, ученые из Франции и Бельгии заявили о том, что предел продолжительности жизни людей еще не достигнут.