發(fā)布日期：2018-01-11

你的飲食是否健康有效？一種新的可攝入氣體傳感器可以回答這個(gè)問(wèn)題。

澳大利亞的一個(gè)研究小組開(kāi)發(fā)了全世界第一款用于人體測(cè)試的氣體診斷藥丸，這種智能膠囊能夠可靠地測(cè)量氧氣、氫氣和二氧化碳的含量，從而揭示膳食纖維攝入對(duì)小腸和結(jié)腸內(nèi)的微生物活動(dòng)的影響。

未來(lái)，這個(gè)電子藥丸不僅可能幫助制定最佳腸道健康的自定義飲食方案，還可以幫助醫(yī)生區(qū)分不同胃腸道疾病的早期體征，如吸收綜合征、克羅恩病、結(jié)腸炎、腸易激綜合征，甚至結(jié)腸癌。

“目前，我們沒(méi)有任何工具能區(qū)分這些不同的疾病，”領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的澳大利亞墨爾本 RMIT 大學(xué)的電子工程師 Kourosh Kalantar-zadeh 表示。盡管結(jié)腸鏡檢查能揭示帶有炎癥性病變或癌變的息肉，還是很多病人經(jīng)常因腸道不適和多年未確診病因而感到痛苦。

Kalantar-zadeh 因此設(shè)想人們每年吃一兩次的可吞咽的傳感器來(lái)及早發(fā)現(xiàn)疾病，以避免因未能及時(shí)確診而拖延耽誤病情。他解釋說(shuō)：“如果氣體指數(shù)超出規(guī)定的范圍，那我們就能及時(shí)發(fā)現(xiàn)腸道問(wèn)題。”

這個(gè)藥丸的表面看起來(lái)就像你在健安喜（GNC）或是維他命（Vitamin）店里購(gòu)買的非處方藥的表面一樣。在這個(gè)一英寸的聚乙烯外殼里面包裹著兩個(gè)氣體傳感器、一個(gè)溫度傳感器、一個(gè)微型控制器、一個(gè)射頻發(fā)射器和紐扣氧化銀電池。這個(gè)氣體傳感器被密封在一個(gè)特殊的膜內(nèi)，這種膜允許氣體進(jìn)入，并能阻止胃酸和消化液進(jìn)入。

Kalantar-zadeh 的可攝入膠囊將首次為人們提供有關(guān)腸道化學(xué)成分的信息。

該測(cè)試系統(tǒng)是澳大利亞團(tuán)隊(duì)之前在豬身上進(jìn)行測(cè)試過(guò)的升級(jí)版本。系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)傳感器的加熱元件來(lái)確定腸道中氣體的含量。因?yàn)檠鯕狻錃夂投趸嫉膫鳠嵝圆煌?，所以傳感器可以通過(guò)在多個(gè)溫度點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量來(lái)精確地確定這些氣體的含量。

通過(guò)算法讀取傳感器的信息，并將信號(hào)實(shí)時(shí)傳送到距離最遠(yuǎn) 100 英尺的小型接收器，這種小型接收器可以當(dāng)有人在家時(shí)放在口袋里或放在床頭柜上。接收器依次通過(guò)藍(lán)牙將數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞謾C(jī)上，手機(jī)可以在線發(fā)布數(shù)據(jù)，方便用戶和醫(yī)生監(jiān)控。

目前市場(chǎng)上的數(shù)字藥丸已經(jīng)可以測(cè)量腸內(nèi) pH 值和壓力。有些還可以得到實(shí)時(shí)食道和胃壁的圖片。此外，去年年底，美國(guó)食品和藥物管理局批準(zhǔn)了第一種傳感器類藥物，這種含有傳感器的抗精神病藥物，能夠及時(shí)讓醫(yī)生知道精神分裂患者是否服用藥物，以及何時(shí)服用藥物。

如果 Kalantar-zadeh 的可攝取膠囊能夠經(jīng)受更多的臨床檢查，它將成為全球首款提供有關(guān)腸道化學(xué)成分的信息的傳感器膠囊。

在試驗(yàn)性實(shí)驗(yàn)中，Kalantar-zadeh 與莫納什大學(xué)的營(yíng)養(yǎng)學(xué)家和腸胃病專家合作，測(cè)試兩名男性和三名女性（均身體健康）吞下去的膠囊，這些實(shí)驗(yàn)者均食用低纖維或高纖維純素食兩天。（另一名男子兩周之后也食用了同樣的菜單。）高纖維飲食包括堅(jiān)果、蠶豆、梨、無(wú)花果和全麥面包等，而低纖維食物包括西紅柿、黃瓜、萵苣、西瓜和白面包。

傳感器獲取的含氧分子含量能告訴研究人員藥丸在腸道內(nèi)的位置，這是因?yàn)檠鯕鉂舛仍?30 英尺長(zhǎng)的消化道中從富氧的胃到接近厭氧的結(jié)腸而下降。Kalantar-zadeh 和他的同事通過(guò)直接用超聲波對(duì)藥片進(jìn)行成像，證實(shí)了這種定位的準(zhǔn)確性。

然后，他們量化了各種腸道細(xì)菌在多大程度上積極分解食物，并通過(guò)讀取微生物發(fā)酵的天然副產(chǎn)物氣體的含量釋放其宿主的營(yíng)養(yǎng)素。（在一定程度上，二氧化碳分布圖提供了類似的讀數(shù)，但是由于二氧化碳是由細(xì)菌和我們自己的細(xì)胞共同產(chǎn)生的，所以二氧化碳含量提供的信息量更少。）

同時(shí)分析所有的氣體，研究人員可以得到的信息有，比如，為什么一個(gè)人在吃低纖維飲食后會(huì)便秘？這個(gè)人的結(jié)腸內(nèi)的藥丸顯示其氫氣含量很低，這表明他腸道蠕蟲(chóng)大多處于休眠狀態(tài)。只有在他再次食用一些纖維食物之后，其結(jié)腸的氫氣含量才會(huì)上升，這就解釋了他的腸蠕動(dòng)也恢復(fù)的原因。

塔夫茨大學(xué)電氣工程兼材料科學(xué)家 Sameer Sonkusale 說(shuō)：“他們已經(jīng)展示了一個(gè)完全整合的平臺(tái)，這是一項(xiàng)工程性的碩果。”專門研究飲食對(duì)腸道微生物影響的臨床醫(yī)生非常認(rèn)同這個(gè)說(shuō)法。Mayo Clinic 的胃腸病專家 Purna Kashyap 表示：“總的來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)技術(shù)是非常前途的，如果氧氣含量真的是胃腸道內(nèi)傳感器膠囊定位的可靠指標(biāo)，那么這種傳感器膠囊在未來(lái)可能產(chǎn)生重大影響。”

但是，Kashyap 也指出，超聲提供一個(gè)相對(duì)粗略的腸道運(yùn)動(dòng)指標(biāo)。更重要的是，研究人員只使用這項(xiàng)技術(shù)在一個(gè)人身上。因此，他認(rèn)為現(xiàn)在就認(rèn)定這項(xiàng)技術(shù)比呼氣測(cè)試要好得多尚為時(shí)過(guò)早，他呼吁要進(jìn)行更多更廣泛的驗(yàn)證。

驗(yàn)證其實(shí)已經(jīng)正在進(jìn)行中。去年，在澳大利亞政府的資助下，Kalantar-zadeh 和他的臨床同事對(duì) 20 名健康的實(shí)驗(yàn)者進(jìn)行了測(cè)試。盡管實(shí)驗(yàn)結(jié)果尚未公布，但根據(jù)實(shí)驗(yàn)室研究人員 Kyle Berean 的說(shuō)法，“我們的膠囊測(cè)試的結(jié)果明顯好于呼氣測(cè)試的結(jié)果。”

Berean 表示，團(tuán)隊(duì)計(jì)劃通過(guò)使用放射性元素來(lái)標(biāo)記膠囊并聯(lián)合 PET 成像來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證氧氣測(cè)試定位的準(zhǔn)確性。他們希望進(jìn)行一項(xiàng)涉及腸道疾病患者的大型試驗(yàn)，以觀察膠囊是否能夠準(zhǔn)確區(qū)分小腸細(xì)菌過(guò)度繁殖，其中正常生活在結(jié)腸中的微生物已經(jīng)向上游遷移，導(dǎo)致最終出現(xiàn)一些問(wèn)題和狀況。

然而他們首先需要籌措資金，這也是他們成立創(chuàng)業(yè)公司 Atmo Biosciences 的動(dòng)力。

去年 9 月，Atmo 成為首批入選 ANDHealth 的六家公司之一，ANDHealth 是澳大利亞新提出的數(shù)字醫(yī)療技術(shù)加速器項(xiàng)目，該項(xiàng)目為醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)業(yè)和啟動(dòng)資金提供專業(yè)的建議和咨詢服務(wù)。ANDHealth 的項(xiàng)目經(jīng)理 Bronwyn Le Grice 表示，在該計(jì)劃的 55 名申請(qǐng)人中，Atmo 因?yàn)閾碛?ldquo;一流的技術(shù)和大量廣闊的市場(chǎng)需求”脫穎而出。他認(rèn)為，“他們有一些非常有希望的早期數(shù)據(jù)，同時(shí)，他們需要籌集資金，也需要進(jìn)一步的試驗(yàn)，但總之，成功的機(jī)會(huì)非常大。”

原文檢索

《This Swallowable Gas Sensor Could Improve Your Diet》

來(lái)源：DeepTech深科技（微信號(hào) mit-tr）