Saiba como funciona a pílula inteligente para pesquisa intestinal

Biossensor ingerível e sem bateria monitora o ambiente intestinal de forma contínua e em tempo real

Por Simone Blanes SEGUIR SEGUINDO 7 dez 2022, 14h12

AVANÇO: sensor ingerível movido a biocombustível facilita o acesso in loco do intestino delgado e, assim, o monitoramento da glicose, com resultados contínuos — AVANÇO: Sensor ingerível movido a biocombustível facilita o acesso in loco do intestino delgado e, assim, o monitoramento da glicose, com resultados contínuos (DAVID BALLOT PARA A ESCOLA DE ENGENHARIA JACOBS, UC SAN DIEGO/Divulgação)

Pesquisadores de engenharia da Universidade de San Diego, nos Estados Unidos, desenvolveram um sistema de biossensor ingerível em forma de pílula e sem bateria, para fornecer monitoramento contínuo do ambiente intestinal. O dispositivo dará aos médicos a capacidade de monitorar metabólitos intestinais em tempo real, o que ainda não era possível. Essa façanha de integração tecnológica pode desbloquear uma nova compreensão da composição de metabólitos intestinais, o que impacta significativamente na saúde humana em geral.

Publicado na edição de dezembro da revista Nature Communications, o trabalho explica como funciona o sensor ingerível, que movido a biocombustível, facilita o acesso in loco do intestino delgado e, assim, o monitoramento da glicose, com resultados contínuos. Essas medições fornecem um componente para rastrear a saúde gastrointestinal geral, fator importante no estudo da nutrição, no diagnóstico e tratamento de várias doenças e na prevenção da obesidade, entre outras finalidades.

“Em nossos experimentos, a tecnologia de biossensor sem bateria monitorou continuamente os níveis de glicose no intestino delgado de porcos 14 horas após a ingestão, produzindo medições a cada cinco segundos, por duas a cinco horas”, disse Ernesto De La Paz Andres, aluno de pós-graduação em nanoengenharia da UC San Diego e um dos autores do artigo. “Nosso próximo passo é reduzir o tamanho das pílulas para que sejam mais fáceis de engolir por seres humanos”.

Além de causar muito desconforto nos pacientes, os métodos de monitoramento mais antigos do interior do intestino delgado geram apenas registros curtos de dados de um ambiente que muda continuamente. Esse biossensor, no entanto, oferece acesso a leituras contínuas de dados ao longo do tempo. A plataforma também pode ser usada para desenvolver novas formas de estudar o microbioma do órgão, e por isso, já é chamada de “pílula inteligente” já que pode levar a maneiras mais simples e baratas de monitorar o intestino delgado e uma economia significativa de custos no futuro.

“Atualmente, a maneira de coletar amostras de fluido dentro do estômago e intestinos é fazer uma endoscopia, onde um cateter é inserido na garganta e no trato gastrointestinal por um médico”, explicou Patrick Mercier, professor de engenharia elétrica e de computação da UC. San Diego, que liderou a equipe ao lado do professor de nanoengenharia Joseph Wang. “Ao combinar o circuito de ultrabaixa potência e as tecnologias sem fio do meu laboratório com a célula de combustível movida a glicose e a detecção eletroquímica de ponta do laboratório do professor Wang, temos a oportunidade de criar novas modalidades para entender o que está acontecendo no intestino delgado”, completou.

Em vez de bateria, o biossensor é alimentado por uma célula de combustível não tóxica que funciona com glicose. “Com nossa abordagem de pílula inteligente sem bateria, temos oportunidades de monitorar o intestino delgado por muito mais tempo do que apenas por um momento”, disse Wang. “Também planejamos adicionar sensores adicionais ao sistema. Nosso objetivo é desenvolver uma plataforma de detecção para o intestino que permita a coleta de muitos tipos diferentes de informações por períodos de tempo mais longos. Estamos trabalhando para mostrar que há tantas oportunidades para descobrir o que realmente está acontecendo no órgão”.

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Segundo os pesquisadores, aproximadamente 20% das pessoas sofrerá de distúrbios gastrointestinais em algum momento da vida. Estes podem incluir doenças inflamatórias do intestino (DII), diabetes ou obesidade, causados, em parte, pela disfunção dos processos intestinais envolvendo a absorção ou digestão de metabólitos intestinais. Tais doenças representam um custo significativo para a economia e sobrecarregam os sistemas de saúde. Portanto, os riscos de acessar informações das seções relevantes do trato são bastante altos.

Desafios a serem superados

Mesmo sendo tão importante, os cientistas alertam que ainda existem desafios bastante significativos para o desenvolvimento de sensores ingeríveis, como a pílula inteligente criada na UC San Diego. “Tem sido difícil criar um dispositivo ingerível equipado com os sensores e componentes eletrônicos necessários para realizar a leitura sem fio e que não precise de baterias”, afirmou Wang.

Para atender a essas especificações, a equipe criou um biossensor de biocombustível de glicose autoalimentado integrado a um circuito que realiza coleta de energia e telemetria sem fio usando um esquema de conversão de potência para frequência que utiliza a comunicação magnética do próprio corpo humano.

A operação exclusiva sem bateria é possibilitada pela célula de biocombustível de glicose (BFC) que obtém energia durante a operação enquanto mede simultaneamente as alterações nas concentrações de glicose. Seu esquema de comunicação magnética do corpo humano (mHBC) recebe os sinais transmitidos. “Ele usa a glicose presente no intestino como biocombustível para alimentar o dispositivo”, pontuou Mercier. “Fazer tudo isso funcionar com eletrônicos de ultrabaixa potência e com uma célula de biocombustível de glicose estável, mas pequena, foram os principais desafios técnicos que foram abordados aqui”.

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A pílula inteligente de prova de conceito mede 2,6 cm de comprimento e 0,9 cm de diâmetro. Até agora, o registro de dados do intestino delgado só foi realizado em porcos, que têm um trato intestinal de tamanho semelhante ao dos humanos.

Próximos passos

Agora, os pesquisadores planejam aumentar o número de sensores disponíveis nas pílulas. Isso permitirá o monitoramento de mais parâmetros químicos nos intestinos. Eles também planejam miniaturizar ainda mais os sensores e circuitos eletrônicos para corresponder ao que está atualmente disponível no mercado de pílulas inteligentes.

“Dado que o trato gastrointestinal possui mudanças dinâmicas de pH, temperatura e concentrações de oxigênio, o trabalho futuro prevê a integração de modalidades de detecção adicionais para explicar essas diferenças”, finalizou De La Paz Andres.