Des ingénieurs du MIT et de Caltech ont démontré un capteur ingérable dont l’emplacement peut être surveillé lorsqu’il se déplace dans le tube digestif, une avancée qui pourrait aider les médecins à diagnostiquer plus facilement les troubles de la motilité gastro-intestinale tels que la constipation, le reflux gastro-œsophagien et la gastroparésie.

Les travaux en détectant un produit par un situé à l’extérieur du corps.L’intensité du champ varie avec la distance de la bobine, de sorte que la position du capteur peut être calculée en fonction de sa mesure du champ magnétique.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont montré qu’ils pouvaient utiliser cette technologie pour suivre le capteur alors qu’il se déplaçait dans le tube digestif de grands animaux. Un tel dispositif pourrait offrir une alternative à plus, comme l’endoscopie, qui sont actuellement utilisés pour diagnostiquer les troubles de la motilité.

“De nombreuses personnes dans le monde souffrent de dysmotilité gastro-intestinale ou de faible motilité, et il est important de pouvoir surveiller la motilité gastro-intestinale sans avoir à se rendre à l’hôpital pour vraiment comprendre ce qui arrive à un patient”, explique Giovanni Traverso, professeur adjoint de développement de carrière Karl van Tassel en génie mécanique au MIT et gastroentérologue au Brigham and Women’s Hospital.

Traverso est l’un des auteurs principaux de la nouvelle étude, avec Azita Emami, professeur de génie électrique et de génie médical à Caltech, et Mikhail Shapiro, professeur de génie chimique à Caltech et chercheur au Howard Hughes Medical Institute.Saransh Sharma, un étudiant diplômé à Caltech, et Khalil Ramadi, un ancien étudiant diplômé du MIT et post-doctorant qui est maintenant professeur adjoint de bio-ingénierie à l’Université de New York, sont les auteurs principaux de l’article, qui apparaît aujourd’hui dans Nature Electronics.

Un capteur magnétique

Les troubles de la motilité gastro-intestinale, qui touchent environ 35 millions d’Américains, peuvent survenir dans n’importe quelle partie du tube digestif, entraînant une incapacité de la nourriture à se déplacer dans le tractus. Ils sont généralement diagnostiqués à l’aide d’études d’imagerie nucléaire ou de rayons X, ou en insérant des cathéters contenant des transducteurs de pression qui détectent les contractions du tractus gastro-intestinal.

Les chercheurs du MIT et de Caltech voulaient trouver une alternative qui serait moins invasive et pourrait être faite au domicile du patient. Leur idée était de développer une capsule qui pourrait être avalée et ensuite envoyer un signal révélant où elle se trouvait dans le tractus gastro-intestinal, permettant aux médecins de déterminer quelle partie du tractus causait un ralentissement et de mieux déterminer comment traiter l’état du patient.

Pour y parvenir, les chercheurs ont profité du fait que le champ produit par une bobine électromagnétique s’affaiblit, de manière prévisible, à mesure que la distance de la bobine augmente. Le qu’ils ont développé, qui est assez petit pour tenir dans une capsule ingérable, mesure le champ magnétique environnant et utilise cette information pour calculer sa distance à partir d’une bobine située à l’extérieur du corps.

“Parce que le gradient de champ magnétique code de manière unique les positions spatiales, ces petits appareils peuvent être conçus de manière à pouvoir détecter le champ magnétique à leurs emplacements respectifs”, explique Sharma. “Une fois que l’appareil a mesuré le champ, nous pouvons recalculer l’emplacement de l’appareil.”

Pour localiser avec précision l’emplacement d’un appareil à l’intérieur du corps, le système comprend également un deuxième capteur qui reste à l’extérieur du corps et sert de point de référence. Ce capteur pourrait être collé à la peau, et en comparant la position de ce capteur à la position du capteur à l’intérieur du corps, les chercheurs peuvent calculer avec précision où se trouve le capteur ingérable dans le tractus gastro-intestinal.

Le capteur ingérable comprend également un émetteur sans fil qui envoie la mesure du champ magnétique à un ordinateur ou un smartphone à proximité. La version actuelle du système est conçue pour prendre une mesure chaque fois qu’elle reçoit un déclencheur sans fil d’un smartphone, mais elle peut également être programmée pour prendre des mesures à des intervalles spécifiques.

“Notre système peut prendre en charge la localisation de plusieurs appareils en même temps sans compromettre la précision. Il a également un large champ de vision, ce qui est crucial pour les études sur les humains et les grands animaux”, explique Emami.

La version actuelle du capteur peut détecter un champ magnétique à partir de bobines électromagnétiques à une distance de 60 centimètres ou moins. Les chercheurs envisagent que les bobines pourraient être placées dans le sac à dos ou la veste du patient, ou même à l’arrière d’une toilette, permettant au capteur ingérable de prendre des mesures chaque fois qu’il est à portée des bobines.

Suivi de localisation

Les chercheurs ont testé leur nouveau système dans un grand modèle animal, plaçant la capsule ingérable dans l’estomac, puis surveillant son emplacement au fur et à mesure qu’elle se déplaçait pendant plusieurs jours.

Dans leur première expérience, les chercheurs ont livré deux capteurs magnétiques attachés l’un à l’autre par une petite tige, de sorte qu’ils connaissaient la distance exacte entre eux. Ensuite, ils ont comparé leurs mesures de champ magnétique à cette distance connue et ont constaté que les mesures étaient précises à une résolution d’environ 2 millimètres, bien supérieure à la résolution des capteurs basés sur le champ magnétique précédemment développés.

Ensuite, les chercheurs ont effectué des tests en utilisant un seul capteur ingérable avec un capteur externe attaché à la peau. En mesurant la distance entre chaque capteur et les bobines, les chercheurs ont montré qu’ils pouvaient suivre le capteur ingéré lorsqu’il se déplaçait de l’estomac au côlon, puis était excrété.Les chercheurs ont comparé la précision de leur stratégie avec des mesures prises par rayons X et ont constaté qu’elles étaient précises entre 5 et 10 millimètres.

“L’utilisation d’un capteur de référence externe aide à tenir compte du problème que chaque fois qu’un animal ou un humain est à côté des bobines, il est probable qu’ils ne seront pas exactement dans la même position que la fois précédente. En l’absence de radiographies comme vérité sur le terrain, il est difficile de déterminer exactement où se trouve cette pilule, à moins d’avoir une référence cohérente qui se trouve toujours au même endroit”, explique Ramadi.

Ce type de surveillance pourrait permettre aux médecins de déterminer beaucoup plus facilement quelle section du tractus gastro-intestinal provoque un ralentissement de la digestion, disent les chercheurs. “Je pense que la capacité de caractériser la motilité sans avoir besoin de radiations ou de placer des dispositifs de manière plus invasive réduira la barrière à l’évaluation des personnes”, explique Traverso.

Les chercheurs espèrent maintenant travailler avec des collaborateurs pour développer le système et caractériser davantage ses performances chez les animaux, dans l’espoir de le tester éventuellement dans des essais cliniques humains.