Una nuova spia del microbiota intestinale: arriva la pillola elettronica

Lo straordinario potenziale applicativo dell’elettronica non finirà mai di stupirci, come ci dimostrano le nuove scoperte del gruppo di ricerca australiano del RMIT University di Melbourne con la pubblicazione del primo trial clinico umano di una capsula elettronica ingeribile in grado di monitorare le condizioni fisio-patologiche dell’intestino comprese quelle del nostro amato microbiota.

Lo sviluppo di sensori ingeribili rappresenta una grandiosa opportunità per la medicina diagnostica, nonostante la loro applicazione sia stata fino ad ad ora circoscritta a profili di pH e pressione incapaci di fornire informazioni più dettagliate sulla composizione chimica intestinale e soprattutto sull’attività metabolica del microbiota.

La novità della capsula elettronica realizzata dai ricercatori australiani risiede invece nella capacità di monitorare la concentrazione di alcuni gas intestinali quali l’O2 la CO2 e l’H2 durante il suo transito nelle diverse parti dell’apparato digerente. Queste informazioni sono fondamentali per il monitoraggio della fermentazione batterica intestinale che, come sappiamo, è strettamente correlata alla patogenesi di diversi disordini intestinali come per esempio l’IBS (sindrome del colon irritabile).

La capsula elettronica usata in questo trial è stata adattata alle dimensioni di una pillola e ricoperta con una pellicola in polietilene biocompatibile non trasparente in modo tale da facilitarne l’assunzione da parte dei volontari inclusi nello studio. I sensori per l’O2 (o meglio per qualsiasi reagente ossidativo o equivalente dell’O2)  la CO2 e l’Hlocalizzati all’interno del sensore elettronico sono direttamente collegati ad elementi termici e modulatori del segnale in grado di estrarre il profilo di concentrazione specifico per ciascuno dei tre gas in questione.

Dei ricevitori tascabili, consegnati ai volontari insieme alle capsule, ricevono in tempo reale tutte le informazioni riguardanti la concentrazione dei gas e le temperature record all’interno dell’intestino. Il tutto semplicemente grazie ad una connessione bluetooth stabilita con il sensore elettronico. Allo stesso tempo, è stato monitorato il transito della capsula dall’ingestione fino alla sua escrezione attraverso delle immagini sonografiche ottenute ogni 20 minuti in modo tale da poter associare ciascuno “profilo chimico” registrato ad una regione specifica dell’intestino.

a) Immagine tridimensionale delle componenti interne del sensore umano di gas intestinali; b) Foto della capsula elettronica e del ricevitore tascabile

Bene, avendo a disposizione un sistema di “monitoraggio metabolico” in vivo non resta che testarlo. E quale idea migliore se non quella di modulare la composizione del microbiota intestinale per verificarlo? Ed è proprio quello che hanno fatto gli studiosi attraverso uno studio clinico umano incrociato in cui un gruppo di volontari previamente reclutati, in base ad una serie di requisiti specifici, sono stati sottoposti a due tipi diversi di dieta, rispettivamente ad alto o a basso contenuto di fibra. Gli effetti sull’attività metabolica intestinale sono stati quindi successivamente registrati “dall’interno” grazie all’ingestione della pillola elettronica al terzo giorno della dieta specifica.

I profili dei gas intestinali monitorati sono stati corroborati anche da studi del microbiota e microbioma fecali che hanno permesso l’approfondimento dell’associazione tra il profilo chimico ottenuto dalla capsula elettronica e l’attività metabolica della comunità microbica intestinale.

Sorprendentemente, i risultati di questo studio hanno evidenziato che la fermentazione a livello del colon in presenza di una dieta ad elevato contenuto di fibra risulta ostacolata a causa dell’ambiente anaerobico generatosi e questo si riflette nella bassa concentrazione di CO2, nel minimo aumento di H2 e nel differente profilo microbico. Non a caso, l’abbondanza di specie batteriche del genere Bacteroides e l’incremento della famiglia Erysipelotrichaceae riscontrati nei campioni fecali dei pazienti sono relazionati con una scarsa salute intestinale. Gli studiosi quindi concludono che la concomitante inaspettata mancanza di fermentazione batterica e il profilo del microbiota sono direttamente correlati all’ambiente anaerobico del colon (bassa concentrazione di equivalenti di O2) suggerendo così l’associazione negativa tra l’incapacità fermentativa del microbiota e l’enorme quantità di O2 che rimane intrappolato all’interno della fibra.

Nonostante le piccole dimensioni di questo primo studio pilota, i risultati sono davvero promettenti nel campo della diagnostica e della medicina personalizzata in quanto l’informazione derivante dalla capsula elettronica ci fornisce in tempo reale un parametro individuale di diversità batterica che faciliterebbe il trattamento di diverse patologie di origine intestinale, nonché una manipolazione dietetica personalizzata.

Il potenziale applicativo di questo interessantissimo studio ha già prodotto i suoi effetti: il gruppo di ricercatori australiani è al lavoro per mettere a punto un trial clinico molto più grande per il quale è nata la compagnia Atmo Biosciences il cui principale obbiettivo e interesse sarà quello di portare al mercato la nuova “spia intestinale”.

Serena Galiè

Fonti:

  • A human pilot trial of ingestible electronic capsules capable of sensing different gases in the gut. Kalantar-Zadeh1 et al., 2018
  • https://www.rmit.edu.au/news/all-news/2018/jan/swallowable-sensors-reveal-gut-health-mysteries

 

Laureata in Biotecnologie Mediche con curriculum internazionale in Management in Medical Biotechnology presso l’Università Alma Mater Studiorum di Bologna. Master in Biotechnology of Environment and Health presso l’Università di Oviedo, in Spagna. Attualmente studentessa di un PhD in Nutrizione e Metabolismo presso l’Università Rovira I Virgili, a Tarragona in Spagna.

Informazioni su Serena Galié 16 Articoli
Laureata in Biotecnologie Mediche con curriculum internazionale in Management in Medical Biotechnology presso l'Università Alma Mater Studiorum di Bologna. Master in Biotechnology of Environment and Health presso l'Università di Oviedo, in Spagna. Attualmente studentessa di un PhD in Nutrizione e Metabolismo presso l'Università Rovira I Virgili, a Tarragona in Spagna.

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