De trend van vandaag is misschien draagbare technologie, maar een onderzoeksteam in Melbourne, Australië, wil grote stappen maken met de in te nemen variëteit. Deze week brachten Kourosh Kalantar-zadeh en zijn collega's van de RMIT University een artikel uit in Trends in Biotechnology waarin het potentieel van in te nemen elektronische capsules wordt uiteengezet om nauwkeurige metingen van darmgassen mogelijk te maken. Zulke technologieën zouden een dieper, realtime inzicht bieden in de activiteiten van de gassen in het lichaam en hun vermoedelijke relaties met bepaalde ziekten.
gerelateerde inhoud
- Je wilt niet eens meer weten over alles wat op je oogbol leeft
Ons spijsverteringsstelsel is meer dan alleen interne organen op het werk. We hebben ook ons darmmicrobioom nodig, een heel ecosysteem van verschillende bacteriën dat helpt het voedsel dat we eten via gisting af te breken. Hoewel sommige van de darmgassen die we uitstoten het gevolg zijn van ingeslikte lucht, worden andere gecreëerd wanneer verschillende bacteriën in het microbioom stoffen in de darm metaboliseren.
Sommige onderzoeken suggereren dat bepaalde gassen nuttige markers kunnen zijn voor de gezondheidstoestand van een persoon. Sulfaat-reducerende bacteriën produceren bijvoorbeeld waterstofsulfide, dat is gekoppeld aan het prikkelbare darmsyndroom. Er zijn ook verbindingen gemaakt tussen de aanwezigheid van sommige darmgassen en inflammatoire darmaandoeningen en darmkanker. Als deze gassen nauwkeurig kunnen worden gedetecteerd en gecontroleerd, kan de informatie het onderzoek naar de oorzaken van deze ziekten ondersteunen.
"Het effect van de menselijke darm op maag- en darmziekten verbruikt wereldwijd elk jaar een aanzienlijk deel van de zorguitgaven", merkt Kalantar-zadeh op, waarbij hij zijn nieuwe aanpak benadrukt als een kosteneffectieve manier om de impact van de darm op de algehele gezondheid te helpen ontcijferen. Stanford professor en microbioloog David Relman is het ermee eens: "Over het algemeen is het vermogen om microbiële gemeenschapsbrede functies of ecosysteemdiensten in de darm te monitoren een kritieke behoefte en kan dit aanzienlijk bijdragen tot ons begrip van hun activiteiten."
Tegenwoordig kunnen gassen geproduceerd door het darmmicrobioom worden gemeten met behulp van een extern apparaat, net als een Breathalyzer. Een aanzienlijk deel van de gegevens gaat echter verloren in het proces, omdat gassen worden geabsorbeerd of verspreid voordat het onderwerp zelfs de kans heeft om uit te ademen. Een andere techniek omvat het analyseren van fecale materie, waarvoor vergelijkbare uitdagingen staan gezien de tijdsvertraging, samen met de moeilijkheid om datapunten over de aanwezigheid van een gas te verbinden met exacte plaatsen in het spijsverteringskanaal, legt Lawrence David uit, een universitair docent die microbiomen studeert aan Duke.
Kalantar-zadeh ging op zoek naar een directe methode die mogelijk preciezere, uitgebreidere meetresultaten zou kunnen produceren.
Zijn analyse kwam uit op twee strategieën: fecale fermentatiesystemen en inneembare gascapsules. In de eerste methode wordt fecale materie geïncubeerd in omstandigheden die die van de dikke darm simuleren. De ontlasting bevat bacteriën uit de darm, dus het fermenteren bootst het soort reacties na die in het lichaam plaatsvinden. De tweede is verreweg de meest directe bemonsteringsmethode - het laboratoriumwerk rechtstreeks via een elektronische pil in de darm brengen.
"De twee praktijken zijn niet-invasief en zijn, in vergelijking met relevante methoden, veel nauwkeuriger, omdat ze de gasmonsters nemen waar ze worden geproduceerd", zegt Kalantar-zadeh.
Een illustratie van hoe een elektronische gasvolgcapsule eruit zou kunnen zien. (Kourosh Kalantar-zadeh) De gascontrolecapsules, waarvan Kalantar-zadeh voorspelt dat ze minder dan $ 10 per stuk kosten, zien eruit als tabletten die patiënten kunnen doorslikken. Elke capsule bevat twee belangrijke componenten: een sensor die de aanwezigheid van verschillende darmgassen bewaakt en een batterij die als voeding dient. Recente technologische ontwikkelingen hebben geleid tot gassensoren die minder dan 10 millimeter lang zijn. De sensor is aangesloten op een microprocessor en een draadloze zender die de gegevens overbrengt naar een externe recorder.
De elektronica is ingekapseld in een ondoordringbare capsuleschaal die bestand is tegen de hoge luchtvochtigheid in de darm, maar met een gasdoorlatend membraan in de buurt van de sensor. De sensoren verbruiken grote hoeveelheden energie omdat ze bij hoge temperaturen werken, dus Kalantar-zadeh denkt dat lithium-ionbatterijen de optimale energiebron zijn vanwege hun hoge spanning en laadcapaciteit.
De capsules zijn gebaseerd op micro-technologie die is vastgesteld door inneembare pH-, druk- en temperatuursensoren zoals de SmartPill en endoscopische camera's die patiënten kunnen doorslikken om beelden van het spijsverteringskanaal vast te leggen. De tijdsduur dat elke gascapsule in het lichaam zou blijven, is afhankelijk van hoe snel het spijsverteringskanaal van een persoon werkt, variërend van een tot enkele dagen, zegt Kalantar-zadeh. Samen met medewerkers van de Universiteit van Melbourne, Monash University en CSIRO test zijn team momenteel pilprototypes op varkens. Ze willen deze resultaten snel publiceren en hopen vervolgens goedkeuring te krijgen voor klinische proeven met mensen.
Gelman en David zijn allebei enthousiast over het vooruitzicht van deze technologie, samen met de schat aan gegevens die het uiteindelijk zou kunnen verzamelen. Het verzamelen van een kritische massa informatie is een belangrijke volgende stap om een goed inzicht te krijgen in de impact van darmgassen op gezondheidstoestand en behandelingen, merken ze op.
"Klinisch nut vereist veel meer gegevens en inzicht in welke componenten correleren met en voorspellen ecosysteemgezondheid en -ziekte", zegt Relman.
