O sensor ingerível pode ajudar os médicos a identificar dificuldades

O minúsculo sensor funciona detectando um campo magnético produzido por uma bobina eletromagnética localizada fora do corpo. A intensidade do campo varia com a distância da bobina, portanto, a posição do sensor pode ser calculada com base na medição do campo magnético.

No novo estudo, os pesquisadores mostraram que poderiam usar essa tecnologia para rastrear o sensor enquanto ele se movia pelo trato digestivo de grandes animais. Tal dispositivo poderia oferecer uma alternativa a procedimentos mais invasivos, como a endoscopia, que atualmente são usados ​​para diagnosticar distúrbios de motilidade.

“Muitas pessoas em todo o mundo sofrem de dismotilidade GI ou motilidade deficiente, e ter a capacidade de monitorar a motilidade GI sem ter que ir a um hospital é importante para realmente entender o que está acontecendo com um paciente”, disse Giovanni Traverso, o Karl van Tassel Professor Assistente de Desenvolvimento de Carreira de Engenharia Mecânica no MIT e gastroenterologista no Brigham and Women’s Hospital.

Traverso é um dos autores seniores do novo estudo, juntamente com Azita Emami, professor de engenharia elétrica e engenharia médica da Caltech, e Mikhail Shapiro, professor de engenharia química da Caltech e investigador do Howard Hughes Medical Institute. Saransh Sharma, aluno de pós-graduação da Caltech, e Khalil Ramadi, ex-aluno de pós-graduação do MIT e pós-doutorando que agora é professor assistente de bioengenharia na Universidade de Nova York, são os principais autores do artigo, publicado hoje na Natureza Eletrônica.

Um sensor magnético

Distúrbios da motilidade gastrointestinal, que afetam cerca de 35 milhões de americanos, podem ocorrer em qualquer parte do trato digestivo, resultando na falha do alimento em se mover pelo trato. Eles geralmente são diagnosticados usando estudos de imagem nuclear ou raios-X, ou inserindo cateteres contendo transdutores de pressão que detectam as contrações do trato gastrointestinal.

Os pesquisadores do MIT e do Caltech queriam uma alternativa menos invasiva e que pudesse ser feita na casa do paciente. A ideia deles era desenvolver uma cápsula que pudesse ser engolida e enviar um sinal revelando onde ela estava no trato GI, permitindo que os médicos determinassem qual parte do trato estava causando uma desaceleração e determinassem melhor como tratar a condição do paciente.

Para isso, os pesquisadores aproveitaram o fato de que o campo produzido por uma bobina eletromagnética se torna mais fraco, de forma previsível, à medida que a distância da bobina aumenta. O sensor magnético que eles desenvolveram, que é pequeno o suficiente para caber em uma cápsula ingerível, mede o campo magnético circundante e usa essa informação para calcular sua distância de uma bobina localizada fora do corpo.

“Como o gradiente do campo magnético codifica exclusivamente as posições espaciais, esses pequenos dispositivos podem ser projetados de forma que possam detectar o campo magnético em seus respectivos locais”, diz Sharma. “Depois que o dispositivo mede o campo, podemos calcular novamente qual é a localização do dispositivo.”

Para identificar com precisão a localização de um dispositivo dentro do corpo, o sistema também inclui um segundo sensor que fica fora do corpo e atua como um ponto de referência. Esse sensor pode ser colado na pele e, comparando a posição desse sensor com a posição do sensor dentro do corpo, os pesquisadores podem calcular com precisão onde o sensor ingerível está no trato gastrointestinal.

O sensor ingerível também inclui um transmissor sem fio que envia a medição do campo magnético para um computador ou smartphone próximo. A versão atual do sistema foi projetada para fazer uma medição sempre que receber um acionador sem fio de um smartphone, mas também pode ser programado para fazer medições em intervalos específicos.

“Nosso sistema pode suportar a localização de vários dispositivos ao mesmo tempo sem comprometer a precisão. Ele também possui um grande campo de visão, que é crucial para estudos em humanos e grandes animais”, diz Emami.

A versão atual do sensor pode detectar um campo magnético de bobinas eletromagnéticas a uma distância de 60 centímetros ou menos. Os pesquisadores prevêem que as bobinas possam ser colocadas na mochila ou jaqueta do paciente, ou mesmo no fundo do vaso sanitário, permitindo que o sensor ingerível faça medições sempre que estiver ao alcance das bobinas.

Rastreamento de localização

Os pesquisadores testaram seu novo sistema em um grande modelo animal, colocando a cápsula ingerível no estômago e monitorando sua localização à medida que se movia pelo trato digestivo durante vários dias.

Em seu primeiro experimento, os pesquisadores entregaram dois sensores magnéticos ligados um ao outro por uma pequena haste, para que soubessem a distância exata entre eles. Em seguida, eles compararam suas medições de campo magnético com essa distância conhecida e descobriram que as medições eram precisas com uma resolução de cerca de 2 milímetros – muito maior do que a resolução de sensores baseados em campo magnético desenvolvidos anteriormente.

Em seguida, os pesquisadores realizaram testes usando um único sensor ingerível junto com um sensor externo preso à pele. Medindo a distância de cada sensor até as bobinas, os pesquisadores mostraram que podiam rastrear o sensor ingerido enquanto ele se movia do estômago para o cólon e depois era excretado. Os pesquisadores compararam a precisão de sua estratégia com medições feitas por raios-X e descobriram que eram precisas de 5 a 10 milímetros.

“O uso de um sensor de referência externo ajuda a explicar o problema de que toda vez que um animal ou um humano está ao lado das bobinas, há uma probabilidade de que eles não estejam exatamente na mesma posição da vez anterior. Na ausência de tendo os raios X como base, é difícil mapear exatamente onde está essa pílula, a menos que você tenha uma referência consistente que esteja sempre no mesmo local”, diz Ramadi.

Esse tipo de monitoramento pode tornar muito mais fácil para os médicos descobrir qual seção do trato GI está causando uma desaceleração na digestão, dizem os pesquisadores. “A capacidade de caracterizar a motilidade sem a necessidade de radiação ou colocação mais invasiva de dispositivos, acho que diminuirá a barreira para as pessoas serem avaliadas”, diz Traverso.

Os pesquisadores agora esperam trabalhar com colaboradores para desenvolver processos de fabricação para o sistema e caracterizar ainda mais seu desempenho em animais, na esperança de eventualmente testá-lo em ensaios clínicos em humanos.

A pesquisa foi financiada pela National Science Foundation, Rothenberg Innovation Initiative e Heritage Medical Research Institute.