Cientistas estão descobrindo cada vez mais que o trato gastrointestinal (GI) desempenha um papel vital em nossa saúde geral. Embora suas principais funções sejam a digestão, o trato gastrointestinal também está envolvido na produção de hormônios, células imunológicas e até neurotransmissores que podem afetar o humor e a função cerebral. Dessa forma, o trato gastrointestinal hospeda diversos biomarcadores que podem ser úteis para identificar, monitorar e tratar doenças — desde ácidos graxos de cadeia curta, que são indicadores da síndrome metabólica, até citocinas, que são biomarcadores de inflamação.

Mas não há tecnologia disponível atualmente que possa facilmente traçar o perfil dessas informações metabólicas e moleculares do trato gastrointestinal. Os métodos tradicionais de avaliação envolvem análise fecal ou biópsia, que são invasivos, caros e não fornecem um perfil em tempo real de todo o trato gastrointestinal.

Agora, uma equipe de engenheiros do Caltech desenvolveu uma cápsula inteligente chamada PillTrek, capaz de medir pH, temperatura e uma variedade de biomarcadores. Ela incorpora sensores simples e baratos em uma estação de trabalho eletroquímica sem fio em miniatura, que utiliza componentes eletrônicos de baixo consumo. A PillTrek é minúscula, medindo 7 milímetros de diâmetro e 25 milímetros de comprimento, o que a torna menor do que as câmeras de cápsula disponíveis comercialmente para endoscopia, mas capaz de executar uma variedade de medições eletroquímicas.

"Projetamos esta pílula para ser uma plataforma muito versátil", diz Wei Gao , professor de engenharia médica no Caltech e pesquisador do Heritage Medical Research Institute. "Do ponto de vista da detecção eletroquímica, ela é muito poderosa. Ela tem a capacidade de medir metabólitos, íons, hormônios como serotonina e dopamina, possivelmente até proteínas. E tudo isso dentro do intestino, que é um ambiente complexo."

Os cientistas descrevem a cápsula em um novo artigo publicado na revista Nature Electronics . Os autores principais do artigo são Jihong Min, bolsista de pós-doutorado em engenharia médica no Caltech, e Hyunah Ahn, visitante em engenharia médica no Caltech e estudante de pós-graduação no Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST).

Como prova de conceito, o PillTrek foi usado no estudo para medir pH e temperatura, bem como alterar os níveis de glicose e do neurotransmissor serotonina em modelos animais.

Gao ressalta que a estação de trabalho eletroquímica dentro da cápsula é reconfigurável. Uma variedade de sensores diferentes poderia ser facilmente trocada para permitir medições de diferentes parâmetros no intestino. Sua equipe já havia desenvolvido uma técnica para impressão 3D de sensores de baixo custo em folhas de substrato plástico. Essa técnica pode ser usada para produzir em massa os sensores para o PillTrek.

Em termos de próximos passos, Gao diz que está trabalhando com a coautora Azita Emami , professora Andrew e Peggy Cherng de Engenharia Elétrica e Engenharia Médica no Caltech, para analisar a transferência de energia sem fio e eletrônicos menores que tornariam o PillTrek ainda menor e com menor consumo de energia.

"Cápsulas ingeríveis têm um potencial significativo no diagnóstico, monitoramento e tratamento de doenças crônicas, mas os dispositivos anteriores eram muito limitados em termos de capacidade de detecção, vida útil e tamanho", afirma Emami, que também é diretor do Centro de Detecção para Inteligência. "Este trabalho é um importante passo translacional rumo a dispositivos que possam fornecer informações médicas significativas para pacientes e médicos."

Outros autores do artigo são Heather Lukas (MS '21), Xiaotian Ma, Rinni Bhansali, Sung-Hyuk Sunwoo, Canran Wang (MS '23), Yadong Xu, Dickson R. Yao e Gwangmook Kim do Caltech, bem como Zhaoping Li e Tzung K. Hsiai da Escola de Medicina David Geffen da UCLA e Hee-Tae Jung do KAIST.

O trabalho contou com o apoio financeiro da National Science Foundation, dos Institutos Nacionais de Saúde, da Sociedade Americana do Câncer, do Escritório de Pesquisa do Exército, da Atividade de Aquisição de Pesquisa Médica do Exército dos EUA, da Fundação Nacional de Pesquisa da Coreia, do Instituto de Pesquisa Médica Heritage e do Centro de Pesquisa sobre Mudanças Climáticas Globais KAIST-UC Berkeley-VNU. A equipe também recebeu apoio e infraestrutura essenciais do Instituto de Nanociência Kavli do Caltech.