發(fā)布日期：2018-01-11
你的飲食是否健康有效？一種新的可攝入氣體傳感器可以回答這個問題。
澳大利亞的一個研究小組開發(fā)了全世界第一款用于人體測試的氣體診斷藥丸，這種智能膠囊能夠可靠地測量氧氣、氫氣和二氧化碳的含量，從而揭示膳食纖維攝入對小腸和結(jié)腸內(nèi)的微生物活動的影響。
未來，這個電子藥丸不僅可能幫助制定最佳腸道健康的自定義飲食方案，還可以幫助醫(yī)生區(qū)分不同胃腸道疾病的早期體征，如吸收綜合征、克羅恩病、結(jié)腸炎、腸易激綜合征，甚至結(jié)腸癌。
“目前，我們沒有任何工具能區(qū)分這些不同的疾病，”領導這項研究的澳大利亞墨爾本 RMIT 大學的電子工程師 Kourosh Kalantar-zadeh 表示。盡管結(jié)腸鏡檢查能揭示帶有炎癥性病變或癌變的息肉，還是很多病人經(jīng)常因腸道不適和多年未確診病因而感到痛苦。
Kalantar-zadeh 因此設想人們每年吃一兩次的可吞咽的傳感器來及早發(fā)現(xiàn)疾病，以避免因未能及時確診而拖延耽誤病情。他解釋說：“如果氣體指數(shù)超出規(guī)定的范圍，那我們就能及時發(fā)現(xiàn)腸道問題。”
這個藥丸的表面看起來就像你在健安喜（GNC）或是維他命（Vitamin）店里購買的非處方藥的表面一樣。在這個一英寸的聚乙烯外殼里面包裹著兩個氣體傳感器、一個溫度傳感器、一個微型控制器、一個射頻發(fā)射器和紐扣氧化銀電池。這個氣體傳感器被密封在一個特殊的膜內(nèi)，這種膜允許氣體進入，并能阻止胃酸和消化液進入。
Kalantar-zadeh 的可攝入膠囊將首次為人們提供有關腸道化學成分的信息。
該測試系統(tǒng)是澳大利亞團隊之前在豬身上進行測試過的升級版本。系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)傳感器的加熱元件來確定腸道中氣體的含量。因為氧氣、氫氣和二氧化碳的傳熱性不同，所以傳感器可以通過在多個溫度點進行測量來精確地確定這些氣體的含量。
通過算法讀取傳感器的信息，并將信號實時傳送到距離最遠 100 英尺的小型接收器，這種小型接收器可以當有人在家時放在口袋里或放在床頭柜上。接收器依次通過藍牙將數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞謾C上，手機可以在線發(fā)布數(shù)據(jù)，方便用戶和醫(yī)生監(jiān)控。
目前市場上的數(shù)字藥丸已經(jīng)可以測量腸內(nèi) pH 值和壓力。有些還可以得到實時食道和胃壁的圖片。此外，去年年底，美國食品和藥物管理局批準了第一種傳感器類藥物，這種含有傳感器的抗精神病藥物，能夠及時讓醫(yī)生知道精神分裂患者是否服用藥物，以及何時服用藥物。
如果 Kalantar-zadeh 的可攝取膠囊能夠經(jīng)受更多的臨床檢查，它將成為全球首款提供有關腸道化學成分的信息的傳感器膠囊。
在試驗性實驗中，Kalantar-zadeh 與莫納什大學的營養(yǎng)學家和腸胃病專家合作，測試兩名男性和三名女性（均身體健康）吞下去的膠囊，這些實驗者均食用低纖維或高纖維純素食兩天。（另一名男子兩周之后也食用了同樣的菜單。）高纖維飲食包括堅果、蠶豆、梨、無花果和全麥面包等，而低纖維食物包括西紅柿、黃瓜、萵苣、西瓜和白面包。
傳感器獲取的含氧分子含量能告訴研究人員藥丸在腸道內(nèi)的位置，這是因為氧氣濃度在 30 英尺長的消化道中從富氧的胃到接近厭氧的結(jié)腸而下降。Kalantar-zadeh 和他的同事通過直接用超聲波對藥片進行成像，證實了這種定位的準確性。
然后，他們量化了各種腸道細菌在多大程度上積極分解食物，并通過讀取微生物發(fā)酵的天然副產(chǎn)物氣體的含量釋放其宿主的營養(yǎng)素。（在一定程度上，二氧化碳分布圖提供了類似的讀數(shù)，但是由于二氧化碳是由細菌和我們自己的細胞共同產(chǎn)生的，所以二氧化碳含量提供的信息量更少。）
同時分析所有的氣體，研究人員可以得到的信息有，比如，為什么一個人在吃低纖維飲食后會便秘？這個人的結(jié)腸內(nèi)的藥丸顯示其氫氣含量很低，這表明他腸道蠕蟲大多處于休眠狀態(tài)。只有在他再次食用一些纖維食物之后，其結(jié)腸的氫氣含量才會上升，這就解釋了他的腸蠕動也恢復的原因。
塔夫茨大學電氣工程兼材料科學家 Sameer Sonkusale 說：“他們已經(jīng)展示了一個完全整合的平臺，這是一項工程性的碩果。”專門研究飲食對腸道微生物影響的臨床醫(yī)生非常認同這個說法。Mayo Clinic 的胃腸病專家 Purna Kashyap 表示：“總的來說，這項技術是非常前途的，如果氧氣含量真的是胃腸道內(nèi)傳感器膠囊定位的可靠指標，那么這種傳感器膠囊在未來可能產(chǎn)生重大影響。”
但是，Kashyap 也指出，超聲提供一個相對粗略的腸道運動指標。更重要的是，研究人員只使用這項技術在一個人身上。因此，他認為現(xiàn)在就認定這項技術比呼氣測試要好得多尚為時過早，他呼吁要進行更多更廣泛的驗證。
驗證其實已經(jīng)正在進行中。去年，在澳大利亞政府的資助下，Kalantar-zadeh 和他的臨床同事對 20 名健康的實驗者進行了測試。盡管實驗結(jié)果尚未公布，但根據(jù)實驗室研究人員 Kyle Berean 的說法，“我們的膠囊測試的結(jié)果明顯好于呼氣測試的結(jié)果。”
Berean 表示，團隊計劃通過使用放射性元素來標記膠囊并聯(lián)合 PET 成像來進一步驗證氧氣測試定位的準確性。他們希望進行一項涉及腸道疾病患者的大型試驗，以觀察膠囊是否能夠準確區(qū)分小腸細菌過度繁殖，其中正常生活在結(jié)腸中的微生物已經(jīng)向上游遷移，導致最終出現(xiàn)一些問題和狀況。
然而他們首先需要籌措資金，這也是他們成立創(chuàng)業(yè)公司 Atmo Biosciences 的動力。
去年 9 月，Atmo 成為首批入選 ANDHealth 的六家公司之一，ANDHealth 是澳大利亞新提出的數(shù)字醫(yī)療技術加速器項目，該項目為醫(yī)療技術領域的創(chuàng)業(yè)和啟動資金提供專業(yè)的建議和咨詢服務。ANDHealth 的項目經(jīng)理 Bronwyn Le Grice 表示，在該計劃的 55 名申請人中，Atmo 因為擁有“一流的技術和大量廣闊的市場需求”脫穎而出。他認為，“他們有一些非常有希望的早期數(shù)據(jù)，同時，他們需要籌集資金，也需要進一步的試驗，但總之，成功的機會非常大。”
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來源：DeepTech深科技（微信號 mit-tr）
