Союз бактерий и электроники: новая «умная» капсула предупредит о болезни

Учёные находят всё больше способов использовать бактерии на благо людей. Одни микроорганизмы помогают в поисках мин, другие вырабатывают электричество, а некоторые после определённых генетических модификаций даже учатся бороться с раком.

Новая разработка исследователей из Массачусетского технологического института (MIT) также предполагает использование бактерий в медицинских целях. Правда, на этот раз микроорганизмы будут не лечить болезнь, а искать.

Команда представила особую капсулу, которая содержит встроенный датчик и миллионы ГМ-бактерий. Эту капсулу длиной около трёх сантиметров человек сможет проглотить. А при попадании внутрь она, достигнув кишечника, поможет выявить наличие опасных заболеваний.

Специалисты отмечают: носимыми датчиками, которые помогают контролировать здоровье, сегодня уже вряд ли кого-то удивишь. Однако такие приборы могут обнаружить далеко не все нарушения, происходящие в организме на начальных этапах болезни. Поэтому датчики-«пилюли» для приёма внутрь являются более эффективными.

Для работы авторы выбрали безвредный для человека штамм бактерий кишечной палочки. При помощи генных модификаций микроорганизмы приобрели способность светиться в случае обнаружения крови в кишечнике. Напомним, что этот тревожный знак — маркер многих воспалительных процессов и заболеваний, вплоть до онкологии.

В данном случае речь идёт об обнаружении гема – составляющей белков крови.

Инженеры отмечают, что утрамбовать всю нужную электронную начинку в трёхсантиметровую капсулу было делом непростым.

Бактерии содержатся внутри капсулы в четырёх камерах, возле которых установлены фотодетекторы. Камеры с микроорганизмами отделены от внешней среды полупроницаемыми мембранами. Поэтому, если в среде появится соединение-маркер, оно проникнет в отсек с бактериями. Те в свою очередь начнут светиться, что зафиксируют фотодатчики. Информация об этом затем будет передана по беспроводному каналу на смартфон или компьютер с заранее установленной программой (соответствующее приложение для системы Android разработчиками уже создано).

Для соблюдения конфиденциальности учёные использовали систему шифрования данных пациентов.

Получившуюся капсулу можно будет использовать лишь один раз (то есть она будет выводиться из организма с другими естественными отходами). Однако в случае необходимости длительного контроля за здоровьем можно будет использовать неограниченное число капсул. Такие «умные» датчики можно будет проглатывать раз в неделю или раз в месяц, в зависимости от состояния здоровья.

Пока неизвестно, как долго бактерии смогут выживать в капсулах. Но учёные надеются, что им удастся продлить срок нахождения одной «умной» пилюли в организме человека до нескольких недель (для постоянного мониторинга ситуации). Между тем срок службы датчиков, которые подпитывает 2,7-вольтная батарея, составляет полтора месяца.

Первые тесты разработка уже прошла: эксперименты проводились с использованием мышей и свиней. У первых специалисты вызывали внутреннее кровотечение, а вторым добавляли кровь в пищеварительный тракт. Результаты показали, что капсула действительно помогает быстро обнаружить присутствие нужного соединения.

Далее последуют клинические исследования, после чего – при одобрении соответствующих ведомств – можно будет приступить к коммерческому производству «умных» капсул.

 

Как отмечают медики, использование подобных устройств избавит пациентов от неприятной процедуры колоноскопии. Сегодня для этой процедуры часто приходится использовать анестезию.

Инженеры MIT также разработали два «узкоспециализированных» бактериальных датчика. Один нацелен на обнаружение тиосульфата — соединения, связанного с воспалительными процессами. Другой же обнаруживает молекулу под названием AHL — биомаркер желудочно-кишечных инфекций. Правда, эти прототипы ещё не проходили испытания.

В будущем капсулы такого типа можно будет применять и для других исследований и скринингов, в частности, для отслеживания состава микробиоты кишечника. Напомним, что «население» ЖКТ важно для здоровья всего организма и влияет на развитие сердечно-сосудистых болезней, аутоиммунных заболеваний и даже на работу наших генов.

В дальнейшем исследователи из США хотят уменьшить размер капсулы, а также увеличить число маркеров болезней, которые смогут обнаруживать бактерии.

Более подробно свою разработку команда из MIT описывает в статье, опубликованной в журнале Science.

К слову, ранее авторы проекта «Вести.Наука» (nauka.vesti.ru) рассказывали об «умной» таблетке, которая доложит врачу о том, когда именно её проглотили, а также о японской разработке, которая позволит отказаться от приёма большого количества таблеток. А следить за состоянием здоровья поможет «живая татуировка» из бактериальных чернил, кстати, тоже разработанная в MIT.

Источник: vesti.ru