I batteri si illuminano in presenza di effetti comuni delle malattie infiammatorie intestinali.
Una pillola delle dimensioni di un mirtillo potrebbe consentire ai medici di misurare i segni della malattia infiammatoria intestinale, aiutando a individuarla prima e a misurarne la progressione in tempo reale.
Ogni anno, negli Stati Uniti, quasi 70.000 persone ricevono una diagnosi di IBD, una classe di patologie che comprende il morbo di Crohn e la colite ulcerosa. I sintomi di questo disturbo autoimmune comprendono affaticamento, mal di stomaco, sanguinamento rettale e diarrea. Se non trattata, può portare al cancro del colon. Poiché i sintomi sono comuni ad altre malattie e possono variare, l’IBD viene spesso diagnosticata in ritardo, rendendo più difficile il trattamento.
“L’intestino è come una scatola nera, molto difficile da raggiungere”, afferma Maria Inda, biologa sintetica del MIT e co-leader del team che ha creato la pillola. “L’unico modo che abbiamo ora è la colonscopia. È invasiva, non può essere ripetuta a brevi intervalli e altera il microbioma intestinale”. Altri test dipendono da indicatori della funzione intestinale, come lo stato di salute delle feci, quindi non forniscono un quadro in tempo reale.
Inda e i suoi colleghi hanno creato una pillola contenente batteri E. coli geneticamente modificati per rilevare l’ossido nitrico, il perossido di idrogeno e altre molecole prodotte in eccesso nell’intestino delle persone affette da IBD. Ai batteri è stato aggiunto un gruppo di geni che li induce a emettere luce quando sono esposti a queste molecole infiammatorie. La pillola contiene anche fotodiodi, in grado di rilevare questa luce, e un chip radio che può trasmettere il segnale all’esterno del corpo. Il team ha riportato i risultati iniziali su Nature all’inizio di quest’anno.
La sfida più grande per il team è stata quella di trovare un modo per inserire tutto questo equipaggiamento in un oggetto abbastanza piccolo da poter essere ingoiato senza danneggiare lo stomaco. “L’obiettivo era un dispositivo funzionale con un segnale sufficiente ma abbastanza piccolo da essere sicuro per gli esseri umani”, spiega Miguel Jimenez, chimico del MIT che è stato partner di Inda nello sviluppo di questo dispositivo. “Ovviamente l’ideale sarebbe una dimensione microscopica, ma ci sono limiti fisici alle dimensioni della batteria e dei diodi”.
Il team ha ottenuto la miniaturizzazione calcolando il numero minimo di batteri necessari per emettere un segnale utile e rendendo l’elettronica necessaria per rilevare, elaborare e trasmettere il segnale il più possibile a bassa potenza. Il passo successivo è stato quello di integrare i sensori batterici con l’elettronica e di inserire l’intera configurazione in un pacchetto di dimensioni ridotte. Questo compito è stato reso più difficile dal fatto che i batteri dovevano essere mantenuti in un ambiente umido e l’elettronica doveva essere mantenuta asciutta, il che è stato possibile posizionandoli su entrambi i lati di una pellicola adesiva tagliata al laser e trasparente alla luce visibile. L’intero sistema è stato poi confezionato in un involucro stampato in 3D, creando una pillola bioelettronica con un volume inferiore a 1,4 centimetri cubici.
Per testare l’efficacia della pillola, i ricercatori hanno anestetizzato dei maiali, hanno inserito chirurgicamente il dispositivo nel loro intestino e poi li hanno chiusi. “Non è possibile addestrarli a deglutire. Se si somministrasse semplicemente il dispositivo, lo masticherebbero”, dice Jimenez. Il team ha scoperto che il dispositivo era in grado di captare i biomarcatori dell’IBD e di inviare un segnale all’esterno del corpo dei maiali. Inda aggiunge che la pillola deve ora essere validata negli esseri umani per dimostrare che i sensori sono in grado di rilevare i biomarcatori nelle concentrazioni indicative della malattia.
Alessio Fasano, gastroenterologo presso il Massachusetts General Hospital di Boston, afferma che la pillola bioelettronica è “futuristica”. Il suo team sta sviluppando una “pill-cam”, una capsula video che può essere inghiottita per scattare foto di tutto l’intestino e monitorare le aree visibili di infiammazione.
Secondo l’esperto, disporre di un metodo non invasivo per monitorare precocemente i cambiamenti dell’infiammazione sarebbe estremamente utile. Individuare le frequenti riacutizzazioni infiammatorie dei pazienti prima della comparsa dei sintomi potrebbe consentire un intervento più precoce.
“Si tratta di un contributo molto innovativo in un’area di grande necessità clinica”, ha dichiarato.
