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吞下这颗气体传感器“药丸”,你的饮食健康管理不再是难题

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-01-12  来源:DeepTech深科技(微信号 mit-tr)
 
 


你的饮食是否健康有效?一种新的可摄入气体传感器可以回答这个问题。

澳大利亚的一个研究小组开发了全世界第一款用于人体测试的气体诊断药丸,这种智能胶囊能够可靠地测量氧气、氢气和二氧化碳的含量,从而揭示膳食纤维摄入对小肠和结肠内的微生物活动的影响。

未来,这个电子药丸不仅可能帮助制定最佳肠道健康的自定义饮食方案,还可以帮助医生区分不同胃肠道疾病的早期体征,如吸收综合征、克罗恩病、结肠炎、肠易激综合征,甚至结肠癌。

“目前,我们没有任何工具能区分这些不同的疾病,”领导这项研究的澳大利亚墨尔本 RMIT 大学的电子工程师 Kourosh Kalantar-zadeh 表示。尽管结肠镜检查能揭示带有炎症性病变或癌变的息肉,还是很多病人经常因肠道不适和多年未确诊病因而感到痛苦。

Kalantar-zadeh 因此设想人们每年吃一两次的可吞咽的传感器来及早发现疾病,以避免因未能及时确诊而拖延耽误病情。他解释说:“如果气体指数超出规定的范围,那我们就能及时发现肠道问题。”

这个药丸的表面看起来就像你在健安喜(GNC)或是维他命(Vitamin)店里购买的非处方药的表面一样。在这个一英寸的聚乙烯外壳里面包裹着两个气体传感器、一个温度传感器、一个微型控制器、一个射频发射器和纽扣氧化银电池。这个气体传感器被密封在一个特殊的膜内,这种膜允许气体进入,并能阻止胃酸和消化液进入。

Kalantar-zadeh 的可摄入胶囊将首次为人们提供有关肠道化学成分的信息。

该测试系统是澳大利亚团队之前在猪身上进行测试过的升级版本。系统通过调节传感器的加热元件来确定肠道中气体的含量。因为氧气、氢气和二氧化碳的传热性不同,所以传感器可以通过在多个温度点进行测量来精确地确定这些气体的含量。

通过算法读取传感器的信息,并将信号实时传送到距离最远 100 英尺的小型接收器,这种小型接收器可以当有人在家时放在口袋里或放在床头柜上。接收器依次通过蓝牙将数据传输到手机上,手机可以在线发布数据,方便用户和医生监控。

目前市场上的数字药丸已经可以测量肠内 pH 值和压力。有些还可以得到实时食道和胃壁的图片。此外,去年年底,美国食品和药物管理局批准了第一种传感器类药物,这种含有传感器的抗精神病药物,能够及时让医生知道精神分裂患者是否服用药物,以及何时服用药物。

如果 Kalantar-zadeh 的可摄取胶囊能够经受更多的临床检查,它将成为全球首款提供有关肠道化学成分的信息的传感器胶囊。

在试验性实验中,Kalantar-zadeh 与莫纳什大学的营养学家和肠胃病专家合作,测试两名男性和三名女性(均身体健康)吞下去的胶囊,这些实验者均食用低纤维或高纤维纯素食两天。(另一名男子两周之后也食用了同样的菜单。)高纤维饮食包括坚果、蚕豆、梨、无花果和全麦面包等,而低纤维食物包括西红柿、黄瓜、莴苣、西瓜和白面包。

传感器获取的含氧分子含量能告诉研究人员药丸在肠道内的位置,这是因为氧气浓度在 30 英尺长的消化道中从富氧的胃到接近厌氧的结肠而下降。Kalantar-zadeh 和他的同事通过直接用超声波对药片进行成像,证实了这种定位的准确性。

然后,他们量化了各种肠道细菌在多大程度上积极分解食物,并通过读取微生物发酵的天然副产物气体的含量释放其宿主的营养素。(在一定程度上,二氧化碳分布图提供了类似的读数,但是由于二氧化碳是由细菌和我们自己的细胞共同产生的,所以二氧化碳含量提供的信息量更少。)

同时分析所有的气体,研究人员可以得到的信息有,比如,为什么一个人在吃低纤维饮食后会便秘?这个人的结肠内的药丸显示其氢气含量很低,这表明他肠道蠕虫大多处于休眠状态。只有在他再次食用一些纤维食物之后,其结肠的氢气含量才会上升,这就解释了他的肠蠕动也恢复的原因。

塔夫茨大学电气工程兼材料科学家 Sameer Sonkusale 说:“他们已经展示了一个完全整合的平台,这是一项工程性的硕果。”专门研究饮食对肠道微生物影响的临床医生非常认同这个说法。Mayo Clinic 的胃肠病专家 Purna Kashyap 表示:“总的来说,这项技术是非常前途的,如果氧气含量真的是胃肠道内传感器胶囊定位的可靠指标,那么这种传感器胶囊在未来可能产生重大影响。”

但是,Kashyap 也指出,超声提供一个相对粗略的肠道运动指标。更重要的是,研究人员只使用这项技术在一个人身上。因此,他认为现在就认定这项技术比呼气测试要好得多尚为时过早,他呼吁要进行更多更广泛的验证。

验证其实已经正在进行中。去年,在澳大利亚政府的资助下,Kalantar-zadeh 和他的临床同事对 20 名健康的实验者进行了测试。尽管实验结果尚未公布,但根据实验室研究人员 Kyle Berean 的说法,“我们的胶囊测试的结果明显好于呼气测试的结果。”

Berean 表示,团队计划通过使用放射性元素来标记胶囊并联合 PET 成像来进一步验证氧气测试定位的准确性。他们希望进行一项涉及肠道疾病患者的大型试验,以观察胶囊是否能够准确区分小肠细菌过度繁殖,其中正常生活在结肠中的微生物已经向上游迁移,导致最终出现一些问题和状况。

然而他们首先需要筹措资金,这也是他们成立创业公司 Atmo Biosciences 的动力。

去年 9 月,Atmo 成为首批入选 ANDHealth 的六家公司之一,ANDHealth 是澳大利亚新提出的数字医疗技术加速器项目,该项目为医疗技术领域的创业和启动资金提供专业的建议和咨询服务。ANDHealth 的项目经理 Bronwyn Le Grice 表示,在该计划的 55 名申请人中,Atmo 因为拥有“一流的技术和大量广阔的市场需求”脱颖而出。他认为,“他们有一些非常有希望的早期数据,同时,他们需要筹集资金,也需要进一步的试验,但总之,成功的机会非常大。”

原文检索

《This Swallowable Gas Sensor Could Improve Your Diet》

医谷链

《“运动药丸”真能代替运动吗?》

 
 
 
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