Науковці з Бельгії та Нідерландів створили крихітну капсулу GISMO, яка за розміром нагадує цукерку Tic Tac. Людині достатньо її проковтнути, після чого пристрій починає збирати дані про стан травної системи. Поки капсула рухається кишечником, вона кожні 20 секунд аналізує хімічне середовище та передає інформацію на невеликий приймач, який пацієнт носить на поясі.
Як пише The Economist, ця технологія може суттєво змінити підхід до діагностики захворювань. Лікарі отримають можливість виявляти проблеми зі здоров’ям ще до появи симптомів, а в майбутньому подібні пристрої можуть навчитися доставляти ліки безпосередньо до уражених ділянок організму.
Чому звичайних обстежень уже недостатньо
У кишечнику людини живуть трильйони бактерій. Речовини, які вони виробляють, можуть багато розповісти про стан здоров'я, але отримати таку інформацію лікарям досі було непросто.
Ендоскопія та колоноскопія дозволяють оглянути травну систему зсередини, однак ці процедури залишаються неприємними для пацієнтів, потребують підготовки та часто змушують людей відкладати обстеження до останнього.
Понад 20 років тому з'явилися капсули з вбудованими камерами, зокрема PillCam. Вони допомогли мільйонам пацієнтів, але мають обмеження: можуть лише показати зображення. Водночас багато захворювань проявляються не зовнішніми змінами, а зміною хімічних показників — кислотності, складу газів або речовин, які сигналізують про запалення.
Саме на це звертає увагу GISMO, яка відстежує хімічні процеси всередині кишечника і може помітити ознаки запалення чи інших небезпечних змін задовго до того, як людина відчує перші симптоми.
Зараз пристрій випробовують за участю пацієнтів із колоректальним раком та виразковим колітом. Процедура максимально проста: капсулу ковтають перед сніданком, а через кілька днів вона природним шляхом залишає організм.
Як розвивалися "розумні пігулки"
Створити електронний пристрій, здатний працювати в агресивному середовищі шлунка та кишечника, вчені намагаються вже багато років, зокрема.
- у 2018 році під час перших випробувань подібна капсула змогла виміряти рівень кисню, водню та вуглекислого газу в травній системі. Також вона допомогла дослідникам зрозуміти, як бактерії реагують на зміни в раціоні, зокрема на збільшення кількості клітковини.
- у 2023 році дослідники зі США представили ще одну розробку — капсулу із захищеним золотим електродом. Вона здатна виявляти сірководень — газ із характерним запахом тухлих яєць, який виробляють бактерії, пов’язані з виразкою шлунка та підвищеним ризиком розвитку онкологічних захворювань. Зокрема йдеться про бактерію Helicobacter pylori. У перспективі така технологія повністю замінить неприємні аналізи чи неточні дихальні тести.
- у 2024 році команда з Південнокаліфорнійського університету презентувала капсулу з оптико-електронними датчиками. Завдяки алгоритмам нейромереж вона з точністю до міліметра визначає концентрацію аміаку та кисню в шлунково-кишковому тракті. Невдовзі після тестів на тваринах її планують віддати пацієнтам для домашнього використання з виведенням усіх даних прямо на екран смартфона.
Паралельно австралійська компанія Atmo Biosciences уже вивела на стадію клінічних випробувань власну розробку, котра виявляє надмірне розмноження бактерій у тонкому кишечнику. Ця патологія змушує мікроби поглинати поживні речовини раніше за сам організм, що провокує біль та виснаження. За заявами компанії, їхня система виявилася в три тисячі разів чутливішою за традиційні дихальні методики.
Від діагностики до точкового лікування
Наступна амбітна мета вчених — навчити мікрочіпи не лише сигналізувати про хворобу, а й одразу лікувати її. Це набагато ефективніше, ніж пити звичайні таблетки, які розчиняються в шлунку й розносяться по всьому тілу, навантажуючи організм заради допомоги одному конкретному клапту запаленої тканини.
Над цим активно працюють у Массачусетському технологічному інституті, де у 2024 році створили капсулу, яка рухається за принципом реактивного струменя головоногих молюсків і здатна буквально впорскувати ліки безпосередньо в стінку травного тракту. Проєкт виявився настільки перспективним, що федеральна грантова система США ARPA-H виділила команді MIT 66 мільйонів доларів на п'ятирічну програму. Гроші підуть на розробку пероральних пристроїв для введення мРНК-препаратів, а також на створення "електроцевтики" — методів лікування за допомогою делікатної електричної стимуляції нервових і гормональних мереж тіла.
Меню майбутнього: батарейка з вітамінів і транзистор із зубної пасти
Найголовнішим каменем спотикання для розробників залишається питання енергії, оскільки нинішні капсули живляться від стандартних оксид-срібних батарейок. Для разового дослідження це прийнятно, але для хронічних хворих, яким моніторинг потрібен постійно, такий варіант не підходить — акумулятори стають шкідливим електронним сміттям всередині тіла, до того ж вони заважають зробити гаджет ще меншим.
Вихід із цієї ситуації знайшли італійські науковці з Інституту технологій у Генуї в межах європейського проєкту ELFO, які вирішили збирати мікросхеми виключно з продуктів харчування.
У 2023 році італійці презентували перший повністю їстівний акумулятор. Його компонентами стали:
- Рибофлавін (вітамін B2) та кверцетин (речовина, на яку багаті каперси);
- Активоване вугілля та морські водорості;
- Бджолиний віск і контакти з харчового золота.
Ця кулінарно-технічна суміш видала напругу 0,65 В та забезпечила струм у 48 мікроампер протягом 12 хвилин — цього вистачило, щоб запалити економний світлодіод і довести життєздатність ідеї. Вже наступного року ця ж лабораторія зібрала повністю їстівний транзистор, використавши як напівпровідник мідний фталоціанін — синій фарбник, який кожен із нас щодня бачить у зубній пасті.
Попереду в інженерів ще багато роботи: безпечні харчові напівпровідники поки що працюють повільно й нестабільно, їстівні батареї сильно поступаються потужністю літієвим аналогам, а людські тканини активно глушать радіохвилі, ускладнюючи передачу бездротового сигналу назовні. Крім того, створення пристрою, який одночасно є їжею, медичним інструментом та електронною схемою, викликає паніку в регуляторних органів, які просто не знають, як його сертифікувати.
Нагадаємо, вчені з Франції та Бельгії заявили про те, що межа тривалості життя людей ще не досягнута.