Una 'pastilla' diagnostica enfermedades digestivas de difícil acceso

Un dispositivo que se puede tragar podrá detectar la presencia de moléculas responsables de enfermedades del aparato digestivo en zonas a las que es difícil llegar con los sistemas de diagnóstico actuales. El prototipo ya ha sido desarrollado por investigadores del Massachusetts Institute of Technology (MIT) y sus resultados han sido presentados en la revista Science.

Los autores han ensayado en cerdos este sensor, que tiene forma de cilindro y mide 3,8 centímetros de longitud. Ahora están trabajando para reducir el tamaño para las futuras pruebas con humanos.

Según explica Phillip Nadeau, uno de los autores, “el nuevo sistema está equipado con bacterias modificadas genéticamente con objeto de diagnosticar hemorragias en el estómago y otros problemas gastrointestinales”.

"Bacteria en un chip'

En el desarrollo se ha realizado un enfoque de ‘bacteria en un chip’. Este concepto combina sensores hechos de células vivas con componentes electrónicos de muy baja potencia, que convierte la respuesta bacteriana en una señal inalámbrica que se puede leer en un teléfono inteligente en tiempo real.

La biología sintética ha logrado en la última década grandes avances en la ingeniería de bacterias para responder a estímulos como contaminantes ambientales o marcadores de enfermedades. Estas bacterias pueden diseñarse para producir señales como la luz cuando detectan el estímulo objetivo, pero generalmente se requieren equipos de laboratorio especializados para medir esta respuesta.

El equipo combinó bacterias con un chip electrónico

Para conseguir aplicaciones más útiles y sencillas de estas bacterias, el equipo del MIT decidió combinarlas con un chip electrónico que pudiera traducir la respuesta bacteriana en una señal inalámbrica.

“Nuestra idea fue empaquetar células bacterianas dentro del dispositivo", dice Nadeau. "Las células quedan atrapadas y viajan con el sensor mientras pasa por el estómago”.

En su demostración inicial, los científicos se centraron en la hemorragia en el tracto gastrointestinal en cerdos. Diseñaron una cepa probiótica de E. coli para expresar un circuito genético que hace que las bacterias emitan luz cuando se encuentran con el hemo, un componente de la sangre.

Android para analizar los datos

Para ello, colocaron las bacterias en cuatro pozos del sensor, cubierto por una membrana semipermeable que permite que las pequeñas moléculas del entorno se difundan a través de ellas. Debajo de cada pozo se sitúa un fototransistor que puede medir la cantidad de luz producida por las células bacterianas y transmitir la información a un microprocesador que envía una señal inalámbrica a un ordenador o a un móvil. Además, construyeron una aplicación de Android que se puede utilizar para analizar los datos.

El sensor cilíndrico requiere aproximadamente 13 microvatios de potencia. Está equipado con una batería de 2,7 voltios, que, según los investigadores, podría alimentar el dispositivo durante aproximadamente un mes y medio de uso continuo. También podría ser mantenido por una célula voltaica sostenida por fluidos ácidos en el estómago, usando una tecnología que Nadeau y Anantha Chandrakasan –otro de los autores– desarrollaron previamente.

Construyeron una aplicación de Android que se puede utilizar para analizar los datos

Cuando los científicos probaron el sensor ingerible en cerdos demostraron que podía determinar correctamente si había sangre en el estómago. Según Nadeau, este dispositivo podría implementarse para un solo uso o para permanecer en el tracto digestivo durante varios días o semanas, enviando señales continuas.

Actualmente, si se sospecha que los pacientes están sangrando por una úlcera gástrica, deben someterse a una endoscopia para diagnosticar el problema, que a menudo requiere sedación.

Eludir pruebas innecesarias

La finalidad del nuevo procedimiento, señalan los investigadores, “es eludir pruebas innecesarias, ya que el diagnóstico podría realizarse con solo ingerir la cápsula y, en un período relativamente corto de tiempo, se sabría si hay o no hemorragia”.

Para su utilización en pacientes, los autores están estudiando –además de la reducción del tamaño del sensor– su posible uso en otras afecciones gastrointestinales aparte de las hemorragias.

En este sentido, han adaptado sensores para detectar otras dos moléculas, aunque aún no los han probado en animales. Uno de ellos detecta un ion que contiene azufre llamado tiosulfato, relacionado con la inflamación, que podría usarse para controlar a los pacientes con enfermedad de Crohn y otras afecciones inflamatorias. El otro rastrea una molécula de señalización bacteriana llamada AHL y puede servir como marcador de infecciones gastrointestinales.