Dans une revue récente publiée dans la revue Intestin, les chercheurs ont discuté de l’utilisation de capsules intelligentes et robotiques pour prélever et détecter l’intestin. Ils ont décrit les avantages et les limites de ces dispositifs miniaturisés tout en identifiant leurs applications potentielles en médecine personnalisée, en alimentation et dans le diagnostic précoce de plusieurs maladies intestinales chroniques, dont le cancer.
Sommaire
Arrière-plan
Le tractus gastro-intestinal (GI) humain mesure jusqu’à neuf mètres de long et comporte quatre segments structurellement et fonctionnellement distincts, à savoir l’œsophage, l’estomac, l’intestin grêle et le gros intestin. Le tractus est colonisé par diverses bactéries, champignons et archées, une collection d’environ 1013 micro-organismes. Le microbiote intestinal fermente les fibres, apporte des nutriments essentiels et est désormais reconnu comme étant des marqueurs de santé.
La dysbiose de ces organismes serait associée à l’inflammation, au vieillissement, ainsi qu’à des maladies telles que le diabète, l’obésité, les maladies métaboliques, le dysfonctionnement artériel et le cancer. Le prélèvement d’échantillons fécaux est la méthode non invasive la plus couramment utilisée pour étudier le microbiote intestinal.
Cependant, l’échantillon prélevé dans les selles peut ne pas décrire avec précision la microflore du site de la maladie, manquant ainsi d’informations spatio-temporelles majeures. Les biopsies peuvent ne pas constituer des méthodes fiables pour prélever des micro-organismes et sont limitées par les risques procéduraux.
Depuis l’avènement des minuscules endoscopes à capsules ingérables au début des années 2000, notre compréhension de l’intestin, de la microflore associée et de leurs liens avec la santé globale s’est considérablement améliorée. Cette revue se concentre sur les dernières avancées en matière de détection et d’échantillonnage intestinaux et sur leur rôle potentiel dans le diagnostic et le traitement des maladies et dans la surveillance de la santé.
Capsules intelligentes pour la détection intestinale
Alors que le diagnostic des maladies intestinales à l’époque antérieure reposait largement sur l’utilisation des rayons X, de l’endoscopie et de la chirurgie, ce domaine a progressivement progressé vers l’utilisation de capsules à avaler mesurant environ 3 cm x 1 cm, qui pouvaient transmettre des informations. sur le pH, la température et la pression de l’intestin. Ces dispositifs ont beaucoup évolué depuis, surmontant les défis liés à leur mouvement à l’intérieur de l’intestin ainsi que leurs effets indésirables.
Les endoscopes à capsule intelligents actuellement disponibles dans le commerce peuvent transmettre des images de la muqueuse intestinale, trouvant ainsi des applications cliniques dans la détection, l’administration de médicaments et la surveillance des maladies intestinales. Des capsules intelligentes, notamment la capsule Bravo reflex, la capsule alphaOne et la capsule Heidelberg pH, ont été utilisées pour mesurer le pH de diverses sections du tractus gastro-intestinal. Des capsules intelligentes telles que eCelsius et myTemp peuvent être utilisées pour mesurer en continu la température centrale de l’intestin, en particulier chez les athlètes pendant l’exercice, ce qui n’est pas possible de manière conventionnelle.
La mesure des forces péristaltiques (qui régissent également le mouvement in vivo des capsules) est facilement possible grâce à ces appareils. Les capsules SmartPill et Bravo ont été utilisées pour mesurer la pression et le temps de transit des aliments dans l’intestin afin de détecter des conditions telles que la constipation, l’achalasie et la dysmotilité. L’Atmo Gas Capsule a été testée chez l’homme pour sa capacité à mesurer les gaz et à identifier l’origine de la génération de gaz à l’intérieur de l’intestin.
Capsules robotisées pour l’échantillonnage intestinal
Malgré ces avantages, l’imagerie intelligente basée sur les capsules ne capture pas la richesse des informations disponibles dans l’intestin humain. Les capsules robotisées comblent cette lacune en permettant la collecte d’échantillons sous forme de tissus et/ou de fluides et en permettant leur examen détaillé après récupération.
Des capsules robotiques, équipées de lames et de rasoirs de conception cylindrique, à base de barbes, de ciseaux et d’aimants, ont été utilisées pour collecter de petits échantillons de tissus par biopsie de la paroi intestinale, offrant ainsi un avantage sur les dispositifs captifs traditionnels.
De plus, des capsules robotisées peuvent être conçues pour extraire des échantillons de contenu de l’intestin sous forme de fluides, de mucus, de microflore et d’exfoliants. Plusieurs de ces modèles sont brevetés depuis 1957.
Prototypes de laboratoire et commerciaux
Trois types de prototypes de laboratoire sont décrits dans la littérature : passifs, actifs et dynamiques. Les capsules passives peuvent être osmotiques ou à base de gélatine ; leur revêtement se dissout au contact du fluide cible dans la lumière intestinale. Cependant, ils sont limités par une durée d’échantillonnage plus longue et un manque de contrôle au sein de l’intestin.
Les capsules d’échantillonnage actives utilisent des systèmes microélectromécaniques (MEMS) qui déclenchent le processus d’échantillonnage sur le site cible. Leur mécanisme d’action peut être basé sur un moteur, une aspiration sous vide ou un actionnement magnétique. Alors que les capsules actives et passives échantillonnent le contenu de la lumière intestinale, les capsules dynamiques peuvent également échantillonner la paroi intestinale.
Bien que les capsules dynamiques puissent gratter et extraire des échantillons microbiens de la couche muqueuse, un site jusqu’alors inexploré, in vivo des essais doivent encore être menés pour évaluer leur efficacité.
Perspectives d’avenir
Les capsules intelligentes et robotisées ont permis une mesure peu invasive, rapide et précise de divers paramètres intestinaux. Cependant, les capsules multitâches capables de détecter et d’échantillonner divers sites et de mesurer plusieurs paramètres intestinaux en une seule fois doivent encore être développées et testées. De plus, la localisation automatique du site cible et le fonctionnement de manière autonome sont des fonctionnalités souhaitables qui pourraient être introduites dans ces capsules. Développer des options peu coûteuses et faciliter leur fonctionnement via des ordinateurs et Internet pourrait réduire le fardeau des soins de santé associé à l’utilisation de ces appareils dans les établissements médicaux et à domicile.
En conclusion, le développement futur de capsules ingérables avancées pour la détection et l’échantillonnage de l’intestin pourrait faciliter le diagnostic précoce des maladies tout en permettant une surveillance facile de l’état de santé des patients, améliorant ainsi les résultats cliniques.
