Sapere Scienza

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Una pillola-sensore per diagnosticare patologie gastrointestinali

13 Giugno 2018

Sono numerosi i disturbi che interessano il nostro apparato digerente, vanno dalle ulcere gastriche al Morbo di Crohn. La loro diagnosi spesso prevede indagini invasive che richiedono la sedazione, ad esempio la gastroscopia, durante la quale un tubo flessibile, con una videocamera alla sua estremità, è inserito dalla bocca per attraversare e osservare l'esofago, lo stomaco e la prima parte dell'intestino tenue. È chiaro come i pazienti, pur soffrendo, rimandino il momento dell'analisi per il timore nei confronti di queste procedure. Nei laboratori del MIT - Massachusetts Institute of Technology si sta studiando un modo per esaminare il tratto gastrointestinale con delle pillole speciali, dei sensori ingeribili contenenti batteri ingegnerizzati.

 

Quando elettronica e microbiologia si incontrano

 

Questa nuova tecnologia riesce a combinare sensori costituiti da cellule vive con un'elettronica a potenza ultra-bassa, in grado di convertire la risposta dei batteri in un segnale wireless che può essere letto anche da uno smartphone. Con cosa interagiscono i batteri e in cosa consiste la loro "risposta"? Nella ricerca, descritta in un articolo pubblicato su Science, il dispositivo creato dagli scienziati reagisce al gruppo eme, una complesso chimico contenuto nel sangue, importante perché può legare l'ossigeno, sia in forma molecolare sia in altri composti, all'atomo di ferro presente all'interno della sua struttura. I batteri posti all'interno del sensore - un ceppo probiotico di Escherichia coli - sono stati modificati in maniera tale da emettere luce quando incontrano il gruppo eme. Cosa esaminano in questo modo? Il sanguinamento del tratto gastrointestinale.

 

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I risultati

 

L'esperimento è stato condotto su esemplari di maiali. I ricercatori hanno riposto i batteri ingegnerizzati in quattro pozzetti che sono stati in seguito coperti con una membrana semipermeabile che permettesse la diffusione delle molecole dell'ambiente circostante. Al di sotto di ogni pozzetto c'è un fototransistor che misura la quantità di luce prodotta dalle cellule batteriche e che trasmette questa informazione a un microprocessore. Quest'ultimo, a sua volta, invia un segnale wireless a un computer o a uno smartphone. Il sensore ha dimostrato di poter determinare correttamente la presenza di sangue nello stomaco, almeno negli animali utilizzati per lo studio.

 

 

Potenzialità future

 

E i pazienti umani? Questa tecnologia potrà essere impiegata sia per l'uso singolo o progettata per rimanere nel tratto digerente per giorni o settimane, continuando a inviare segnali. Inoltre si sta pianificando una riduzione delle dimensioni della "pillola" e lo studio dei tempi di sopravvivenza dei batteri in questo particolare ambiente. Le speranza per il futuro è lo sviluppo di sensori per diverse condizioni gastrointestinali. Nell'articolo su Science i ricercatori hanno adattato l'apparecchio ad altre molecole, senza però testarle sugli animali: il tiosolfato, una molecola contenente zolfo, legata agli stati infiammatori e che potrebbe, ad esempio, essere utile per i pazienti affetti dal Morbo di Crohn, e gli N-acil-omoserina-lattoni (AHL), che possono servire da marker per infezioni gastrointestinali. Il dispositivo potrà anche essere progettato per contenere più ceppi di batteri, permettendo la diagnosi di numerose patologie.

 

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