Pesquisadores do MIT, da Universidade de Boston e de outros lugares relatam uma pílula inteligente do tamanho de um mirtilo que pode mudar o jogo no diagnóstico e tratamento de doenças intestinais. Isto porque é a primeira tecnologia compatível com ingestão que pode detectar automaticamente – e reportar em tempo real – moléculas biológicas chave que podem ser indicativas de um problema.

O trabalho aparece na edição de 10 de agosto da revista Nature . Outros autores do artigo são pesquisadores do Brigham and Women's Hospital em Boston, da Universidade de Chicago e da Analog Devices.

O novo estudo avança significativamente pesquisas anteriores relatadas em uma edição de 2018 da Science . A pílula atual tem aproximadamente um sexto do tamanho do protótipo relatado na Science, em conformidade com formas farmacêuticas seguras e ingeríveis disponíveis no mercado. Ele também foi projetado para detectar moléculas biológicas importantes, como o óxido nítrico e subprodutos do sulfeto de hidrogênio, que são importantes sinais e mediadores da inflamação associada às doenças intestinais.

As técnicas atuais para diagnosticar doenças dentro do intestino podem ser invasivas (pense em uma colonoscopia ou outro procedimento endoscópico) e não conseguem detectar biomarcadores moleculares de doenças em tempo real. Este último é um problema porque vários biomarcadores importantes têm vida muito curta, desaparecendo antes que as técnicas atuais possam detectá-los.

A nova pílula, que foi testada com sucesso em porcos, combina bactérias vivas especialmente projetadas com componentes eletrônicos e uma pequena bateria. Quando as bactérias detectam uma molécula de interesse, elas produzem luz (as próprias bactérias também foram testadas com sucesso fora de animais e em camundongos). A eletrônica da pílula converte então essa luz em um sinal sem fio que pode ser transmitido através do corpo para um smartphone ou outro computador em tempo real enquanto a pílula viaja pelo intestino.

“O funcionamento interno do intestino humano ainda é uma das fronteiras finais da ciência. A nossa nova pílula poderá revelar uma riqueza de informações sobre o funcionamento do corpo, a sua relação com o ambiente e o impacto das doenças e das intervenções terapêuticas”, afirma Timothy Lu, professor associado de engenharia biológica e de engenharia eléctrica e ciência da computação do MIT. Lu, que também é afiliado ao Laboratório de Pesquisa de Materiais do MIT e à Senti Biosciences, é autor sênior do trabalho descrito na Nature .

Aproximadamente 7 milhões de pessoas em todo o mundo sofrem de doenças inflamatórias intestinais (DII), como colite ou doença de Crohn.

“Um dos aspectos mais desafiadores do monitoramento das DII é a antecipação de crises clínicas que ocorrem frequentemente nestes pacientes e que ditam o manejo farmacológico de suas doenças. No momento, não temos biomarcadores robustos que prevejam uma crise inflamatória futura e, portanto, os pacientes muitas vezes apresentam sintomas graves que exigem hospitalização para serem adequadamente controlados”, diz Alessio Fassano, professor da Escola de Saúde Pública Harvard TH Chan, que foi não envolvido na pesquisa. “Este sistema pode representar uma virada de jogo no tratamento das DII em termos de diagnóstico precoce, interceptação de surtos de doenças e otimização de um plano terapêutico.”

Em seu estudo, os pesquisadores mostraram que a pílula inteligente poderia detectar o óxido nítrico, uma molécula de vida curta que está associada a muitas DII. É importante ressaltar que os sensores também podem detectar diferentes concentrações de óxido nítrico. “Isso nos permitirá diferenciar entre uma situação normal e uma doença”, diz Maria Eugenia Inda, bolsista de pós-doutorado da Pew no Departamento de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação (EECS) e no Departamento de Engenharia Biológica (BE) do MIT. Também é importante porque os níveis de biomarcadores variam muito entre os pacientes.

A equipe diz que a pílula pode ser ajustada para detectar outros biomarcadores importantes. Como resultado, Inda também está entusiasmada com o potencial do sistema para dar aos cientistas uma compreensão muito melhor do microbioma intestinal, ou do ambiente delicado que abriga os micróbios essenciais para a digestão dos alimentos.

Atualmente, o intestino é como uma caixa preta. “Ainda não entendemos completamente porque é de difícil acesso e estudo. Não temos as ferramentas para explorá-lo”, diz ela. “Saber mais sobre o ambiente químico intestinal pode nos ajudar a prevenir doenças, identificando fatores que causam inflamação antes que ela assuma o controle.”

Além do intestino, a combinação de micróbios e eletrônicos da equipe poderia ter ampla utilização no monitoramento da saúde. “Aproveitamos os pontos fortes da biologia e da electrónica – a nossa pequena pílula mostra o que é possível quando conseguimos unir a detecção bacteriana com a comunicação sem fios”, diz Miguel Jimenez, cientista investigador do Departamento de Engenharia Mecânica (MechE) do MIT. Inda e Jimenez são co-autores do artigo.

“Através deste desenvolvimento, descrevemos uma plataforma única para a avaliação do trato gastrointestinal que prevemos que poderá ajudar muitos”, diz Giovanni Traverso, professor associado em MechE, gastroenterologista do Brigham and Women's Hospital e um dos autores seniores do estudar.

Inda comparou a pesquisa a “Viagem Fantástica”, um filme de 1966 sobre quatro cientistas que se encolhem para caber em um minúsculo submarino que viaja pelas artérias de um homem doente para tratar um problema cerebral. “Nós, cientistas, não podemos fazer isso”, diz ela com um sorriso, “mas agora podemos enviar bactérias para fazer algo semelhante. Os rápidos avanços na biologia sintética estão nos permitindo aproveitar as capacidades de processamento de informações das células vivas para diagnosticar doenças em ambientes de difícil acesso.”

Os coautores de Inda, Jimenez, Traverso e Lu do artigo da Nature são Christoph Steiger, Alison Hayward, Adam Wentworth e Wiam Madani do MechE, Instituto Koch para Pesquisa Integrativa do Câncer do MIT e Brigham and Women's Hospital (BWH); Nhi Phan e Jenna Ahn do Instituto Koch; Qijun Liu (que também é o primeiro autor de um artigo de 2022na eletrônica), Arslan Riaz, Timur Zirtiloglu e Rabia Yazicigil do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade de Boston; Kaitlyn Wong e Ronan McNally da BWH; Keiko Ishida do Instituto Koch e BWH; Niora Fabian do MechE, do Instituto Koch e da Divisão de Medicina Comparada (DCM) do MIT; Josh Jenkins e Johannes Kuosmanen do MechE e do Instituto Koch; Yong Lai do BE e EECS; Alison Hayward da MechE, Instituto Koch, BWH e DCM; Mark Mimee, da Universidade de Chicago; Phillip Nadeau da Analog Devices; e Anantha Chandrakasan, reitora de engenharia do MIT, professora do EECS.

Este trabalho foi apoiado pelo Leona M. e Harry B. Helmsley Charitable Trust, pelo Pew Charitable Trusts, pelo Translational Research Institute of Space Health, pelo Departamento de Engenharia Mecânica do MIT, pelo MIT Karl van Tassel (1925) Career Development Professorship, e a Fundação Catalisador.