Malattie intestinali-Immagine: i ricercatori Qijun Liu della Boston University, Maria Eugenia Inda del MIT e Miguel Jimenez del MIT posano con i prototipi della pillola e una fiala dei batteri ingegnerizzati fondamentali per il lavoro. Crediti: Qijun Liu della Boston University, Maria Eugenia Inda del MIT e Miguel Jimenez del MIT-
I ricercatori e i colleghi del MIT e della Boston University segnalano una pillola intelligente delle dimensioni di un mirtillo che potrebbe essere un punto di svolta nella diagnosi e nel trattamento delle malattie intestinali. Questo perché è la prima tecnologia compatibile con l’ingestione in grado di rilevare automaticamente e segnalare in tempo reale molecole biologiche chiave che potrebbero essere indicative di un problema.
Altri autori del lavoro provengono dal Brigham & Women’s Hospital, dall’Università di Chicago e da Analog Devices.
Il lavoro, riportato sulla rivista Nature, fa avanzare in modo significativo la ricerca precedente riportata in un numero di Science del 2018.
L‘attuale pillola è più di sei volte più piccola del prototipo riportato su Science, conforme alle forme di dosaggio sicure presenti sul mercato. È stato inoltre progettata per rilevare molecole biologiche chiave, come l’ossido nitrico e i sottoprodotti dell’idrogeno solforato, che sono importanti segnali e mediatori dell’infiammazione associata alle malattie intestinali.
Le attuali tecniche per la diagnosi delle malattie dell’intestino possono essere invasive (si pensi a una colonscopia o altra procedura endoscopica) e non possono rilevare i biomarcatori molecolari della malattia in tempo reale. Quest’ultimo è un problema perché diversi importanti biomarcatori hanno vita molto breve, quindi scompaiono prima che le tecniche attuali possano rilevarli.
La nuova pillola, che è stata testata con successo sui maiali, combina batteri viventi appositamente progettati con l’elettronica e una minuscola batteria. Quando i batteri percepiscono una molecola di interesse, producono luce (i batteri da soli sono stati testati con successo anche al di fuori degli animali e nei topi). L’elettronica della pillola converte quindi quella luce in un segnale wireless che può essere trasmesso attraverso il corpo a uno smartphone o un altro computer in tempo reale mentre la pillola viaggia attraverso l’intestino.
“Il funzionamento interno dell’intestino umano è ancora una delle ultime frontiere della scienza. La nostra nuova pillola potrebbe sbloccare una grande quantità di informazioni sulla funzione del corpo, sulla sua relazione con l’ambiente e sull’impatto delle malattie e degli interventi terapeutici“, afferma Timothy Lu, Professore associato del MIT di ingegneria biologica e di ingegneria elettrica e informatica. Lu, che è anche affiliato con il Laboratorio di ricerca sui materiali del MIT e Senti Biosciences, è un autore senior del lavoro descritto in Nature.
Un potenziale punto di svolta
Circa sette milioni di persone in tutto il mondo soffrono di malattie infiammatorie intestinali (IBD) come la colite o il morbo di Crohn.
“Uno degli aspetti più impegnativi del monitoraggio delle IBD è l’anticipazione delle riacutizzazioni cliniche che spesso si verificano in questi pazienti e che dettano la gestione farmacologica delle loro malattie e spesso manifestano sintomi gravi che richiedono una corretta gestione del ricovero”, afferma il Professor Alessio Fassano, MD, della Harvard TH Chan School of Public Health che non è stato coinvolto nella ricerca.
“Questo sistema può rappresentare un punto di svolta nella gestione delle IBD in termini di diagnosi precoce, intercettazione delle riacutizzazioni della malattia e ottimizzazione di un piano terapeutico“, afferma Fassano.
Nel documento pubblicato Nature, i ricercatori hanno dimostrato che la pillola intelligente potrebbe rilevare l’ossido nitrico, una molecola di breve durata associata a molte IBD.
È importante sottolineare che i sensori potrebbero anche rilevare diverse concentrazioni di ossido nitrico. “Ciò ci consentirà di distinguere tra una situazione normale e una malattia”, afferma Maria Eugenia Inda, borsista postdottorato del Pew presso il Dipartimento di ingegneria elettrica e informatica (EECS) e il Dipartimento di ingegneria biologica (BE) del MIT. È anche importante perché i livelli di biomarcatori variano notevolmente tra i pazienti.
Capire l’intestino
Il team afferma che la pillola potrebbe essere modificata per rilevare altri biomarcatori chiave. Di conseguenza, Inda è anche entusiasta del potenziale della pillola di offrire una comprensione molto migliore del microbioma intestinale o del delicato ambiente che ospita i microbi fondamentali per la digestione del cibo.
Attualmente l’intestino è come una scatola nera. “Ancora non comprendiamo appieno l’intestino perché è difficile accedervi e studiarlo. Ci mancano gli strumenti per esplorarlo”, afferma. “Saperne di più sull’ambiente chimico intestinale potrebbe aiutarci a prevenire le malattie identificando i fattori che causano l’infiammazione prima che l’infiammazione prenda il sopravvento“.
Al di là dell’intestino, la combinazione di microbi ed elettronica del team potrebbe avere un ampio utilizzo per il monitoraggio della salute. “Abbiamo sfruttato i punti di forza della biologia e dell’elettronica: la nostra piccola pillola mostra ciò che è possibile quando possiamo collegare il rilevamento batterico con la comunicazione wireless“, afferma Miguel Jimenez, ricercatore presso il Dipartimento di ingegneria meccanica (ME) del MIT.
Inda e Jimenez sono co-primi autori dell’articolo.
“Attraverso questo sviluppo descriviamo una piattaforma unica per la valutazione del tratto gastrointestinale che prevediamo possa aiutare molti“, afferma Giovanni Traverso, Professore associato ME, gastroenterologo al Brigham and Women’s Hospital e uno degli autori senior dello studio.
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Un viaggio fantastico
Inda ha paragonato la ricerca a The Fantastic Voyage, un film del 1966 su quattro scienziati che si rimpiccioliscono per adattarsi a un minuscolo sottomarino che viaggia attraverso le arterie di un uomo malato per curare un problema nel suo cervello. “Noi scienziati non possiamo farlo”, dice con un sorriso, “ma ora possiamo inviare batteri per fare qualcosa di simile. I rapidi progressi nella biologia sintetica ci stanno permettendo di sfruttare le capacità di elaborazione delle informazioni delle cellule viventi per diagnosticare la malattia in ambienti così difficili da raggiungere”.
Fonte: Nature
