Crean píldoras inteligentes similares a GPS con IA

Sensores que se pueden ingerir detectan gases estomacales asociados con gastritis y cáncer gástrico. Una bobina que genera un campo magnético en una camiseta, junto con una red neuronal especializada, permite el seguimiento de la cápsula dentro del cuerpo.

Imagínese encontrar su ubicación sin GPS. Ahora aplique esto para rastrear un elemento en el cuerpo. Este ha sido el desafío de rastrear las píldoras “inteligentes” (píldoras equipadas con sensores inteligentes) una vez ingeridas.

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En la Escuela de Ingeniería de Viterbi de la USC, las innovaciones en electrónica portátil e inteligencia artificial han llevado al desarrollo de sensores ingeribles que no solo detectan gases estomacales, sino que también brindan seguimiento de ubicación en tiempo real.

Desarrolladas por Khan Lab, estas cápsulas están diseñadas para identificar gases asociados con gastritis y cánceres gástricos. La investigación, que se publica en Cell Reports Physical Science, muestra cómo estas píldoras inteligentes han sido monitoreadas con precisión a través de un sistema portátil de nuevo diseño.

Tecnología ingerible

Este avance representa un importante paso adelante en la tecnología ingerible, que Yasser Khan, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática en la USC, cree que algún día podría servir como un "Fitbit (reloj inteligente) para el intestino" y para la detección temprana de enfermedades.

Si bien los dispositivos portátiles con sensores son muy prometedores para rastrear las funciones corporales, la capacidad de rastrear dispositivos ingeribles dentro del cuerpo ha sido limitada.

Sin embargo, con innovaciones en materiales, la miniaturización de la electrónica y nuevos protocolos desarrollados por Khan, los investigadores han demostrado la capacidad de rastrear la ubicación de dispositivos específicamente en el tracto gastrointestinal.

Bobina portátil en una camiseta

El equipo de Khan con el Instituto de Tecnología e Innovación de Sistemas Médicos (ITEMS) de la USC en el Centro Michelson de Biociencias Convergentes, colocó una bobina portátil que genera un campo magnético en una camiseta.

Este campo, junto con una red neuronal entrenada, permite a su equipo localizar la cápsula dentro del cuerpo.

Según Ansa Abdigazy, autora principal del trabajo y estudiante de doctorado en el Khan Lab, esto no se había demostrado antes con un dispositivo portátil.

Detector novedoso

La segunda innovación dentro de este dispositivo es el material "detector" de nueva creación. Las cápsulas están equipadas no sólo con componentes electrónicos para rastrear la ubicación, sino también con una "membrana de detección óptica que es selectiva para los gases".

Esta membrana está compuesta por materiales cuyos electrones cambian su comportamiento en presencia de gas amoniaco.

El amoníaco es un componente de H. pylori, una bacteria intestinal que, cuando se eleva, podría ser una señal de úlcera péptica, cáncer gástrico o síndrome del intestino irritable. Por lo tanto, dice Khan, “la presencia de este gas “es un indicador” y “puede usarse como un mecanismo de detección temprana de enfermedades”.

Testado con éxito

El equipo de la USC ha probado este dispositivo ingerible en muchos entornos diferentes, incluidos entornos líquidos y simulando un intestino bovino.

"El sistema ingerible con la bobina portátil es compacto y práctico, y ofrece un camino claro para su aplicación en la salud humana", dijo Khan. El dispositivo está actualmente pendiente de patente y el siguiente paso es probar estos dispositivos con modelos porcinos. 

Vigilando al cerebro

Más allá del uso de este dispositivo para la detección temprana de úlceras pépticas, gastritis y cánceres gástricos, existe la posibilidad de controlar la salud del cerebro.

¿Cómo? Por el eje cerebro-intestino. Los neurotransmisores residen en el intestino y "la forma en que se regulan hacia arriba y hacia abajo tiene una correlación con las enfermedades neurodegenerativas", dice Khan. Este enfoque en el cerebro es el objetivo final de la investigación de Khan. Está interesado en desarrollar formas no invasivas de detectar neurotransmisores relacionados con el Parkinson y el Alzheimer.

Referencia

3D gas mapping in the gut with AI-enabled ingestible and wearable electronics. Angsagan Abdigazy et al. Cell Reports Physical Science, June 12, 2024. DOI:https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2024.10199