Une pilule radicalement simple pourrait changer l'avenir des soins de MII; Une seule dose peut transformer des signes d'inflammation en un repère visuel clair à la maison.
Schéma des modalités de surveillance de l'inflammation dans les MII. Étude: une pilule de biocapteurs colorimétriques radicalement simple et ingéraire pour une surveillance rentable et non invasive de l'inflammation intestinale
Dans une étude récente publiée dans la revue Appareilles chercheurs ont développé une pilule de biocapteur ingérable pour surveiller l'inflammation intestinale.
Les maladies inflammatoires de l'intestin (MII) affectent plus de sept millions de personnes dans le monde. La MII est caractérisée par une inflammation épisodique dans le côlon et l'intestin grêle. Les MII manquent d'un traitement curatif, mais des thérapies efficaces sont disponibles pour aider à atteindre et maintenir la rémission. Les options actuelles de surveillance de l'inflammation sont sous-optimales.
La coloscopie reste un aspect essentiel du diagnostic et de la surveillance des MII. Pourtant, l'invasivité, l'inconfort des patients, les coûts élevés et les exigences des installations médicales spécialisées et du personnel le rendent non viable pour une surveillance fréquente des maladies. De manière critique, les tests fécaux actuels, tels que la calprotectine, souffrent d'environ 50% de non-conformité des patients en raison de l'aversion à la manipulation des selles.
Récemment, des dispositifs de pilules à capteur photosensible, sensibles au pH et bactérien ont été développés pour surveiller les changements dans l'environnement gastro-intestinal (GI) associé à l'inflammation. Cependant, ils sont complexes et nécessitent des circuits génétiques ou électrochimiques, ce qui augmente les coûts et réduit leur probabilité d'adoption clinique.
L'étude et les résultats
Dans la présente étude, les chercheurs ont développé une pilule pour la surveillance de l'inflammation réactive de l'oxygène (ROS) (Prim), un dispositif de biocapteur ingérable pour la détection non invasive à domicile de l'inflammation intestinale qui élimine le besoin de manipulation fécale.
Premièrement, un polymère sensible à ROS a été synthétisé en modifiant le dextrane avec des groupes fonctionnels d'ester phénylboronic. Les esters phénylboroniques subissent une dégradation sélective en présence de peroxyde d'hydrogène (H₂o₂), un type de ROS élevé 10 à 100 × chez les patients atteints de MII. Le polymère de dextrane sensible aux ROS est resté insoluble dans l'eau; Cependant, l'exposition à H₂o₂ a provoqué la désintégration du polymère, mettant en évidence sa réactivité aux ROS.
La microscopie électronique à balayage (SEM) a révélé des fissures dans les revêtements fabriqués à partir de polymère de dextrane sensible aux ROS. L'exposition à l'eau a entraîné un éclatement partiel de la couche de polymère, mais aucun polymère n'a été observé après une exposition à H₂o₂. Par conséquent, après avoir découvert que l'ester phénylboronique résiduel agissait comme un plastifiant accidentel, le citrate acétyle tributyle (ATBC, 44% p / p), un plastifiant biodégradable, a été intentionnellement utilisé comme additif pour améliorer les propriétés mécaniques. Cela a entraîné des revêtements lisses qui sont restés intacts après 24 heures d'exposition à l'eau. H₂o₂ Exposition des revêtements visiblement érodés, confirmant la rétention des propriétés sensibles aux ROS.
Le dispositif prim a été composé d'un capuchon et d'un corps imprimés en 3D avec un joint torique scellant le corps et a été conçu pour être la taille d'une capsule 00 (commun dans les médicaments en vente libre). Un colorant alimentaire commun, FCF bleu brillant, a été utilisé pour remplir le corps de l'appareil prim; Ce colorant reste non absorbé dans le tube digestif, modifiant la couleur fécale tout en diffusant dans l'eau des toilettes pour une détection plus facile.
(A) Dispositif prim scellé avec un revêtement adhésif polymère sensible au ROS. (B) schéma de (i) le dispositif prim de taille de la capsule, (ii) la section transversale du dispositif prim montrant le couvercle de la capsule et la chambre creuse remplie de colorant, et (iii) insérer de la section interrogées montrant comment un joint torique est utilisé pour former un sceau entre le corps de la capsule et le lid et l'ensemble de la ross. (C) Schéma de (i) conception du mécanisme de dispositif prim pour le détachement du capuchon et la libération de colorant et (ii) la mesure expérimentale de la force de désengagement du capuchon à l'aide d'une tige pour repousser le capuchon.
Il y avait une encoche pour ajouter du dextrane sensible à ROS à la jonction entre le corps de la pilule et le capuchon de dispositif pour adhérer le corps et le capuchon ensemble. Le détachement de CAP lors de l'exposition à ROS libère le colorant, indiquant la présence de niveaux de ROS plus élevés via un mécanisme de seuil nécessitant une inflammation soutenue.
De plus, la force adhésive du dextrane sensible aux ROS a été mesurée comme la force nécessaire pour désengager le plafond du dispositif prim. La force de désengagement du CAP après l'exposition à H₂o₂ pendant 24 heures était inférieure à celle après exposition au tampon de phosphate. Des niveaux de ROS plus élevés pendant l'inflammation pourraient dégrader l'adhésif polymère et détacher le plafond, contrairement aux niveaux de base sains. Des expériences in vitro ont montré que le colorant n'était pas libéré à de faibles niveaux de H₂o₂ (≤ 1 mm) même après 72 heures et est resté stable pendant le transit GI simulé (jusqu'à 72 heures). Cependant, à des concentrations plus élevées (50 mm), tous les appareils ont subi une dégradation adhésive du polymère en 48 heures, libérant le colorant en 72 heures – une constatation qui s'aligne sur les temps de transit plus lents observés chez les patients atteints de MII.
L'équipe a également testé la stabilité du dispositif prim dans plusieurs tests in vitro qui simulent les environnements gastro-intestinaux sains, notamment le pH variable, les forces mécaniques digestives et les enzymes digestives. Tous les dispositifs Prim ont été intacts après incubation dans des conditions de pH neutres, acides et alcalines et d'exposition au chyme simulée, à l'acide gastrique et au liquide gastrique pendant 72 heures. Tous les appareils étaient également intacts après une agitation mécanique continue à des échelles de temps physiologiquement pertinentes.
Enfin, le dispositif prim a été miniaturisé en tant que prototype pour les tests in vivo dans un modèle de colite de rat. Les études de co-administration ont confirmé que la détection du colorant bleu est restée sans ambiguïté même avec des pigments alimentaires comme la bétanine dérivée des betteraves. Les rats ont été administrés trois dispositifs prim miniaturisés et la colite a été induite par l'administration de sulfate de dextrane (DSS) pendant une semaine.
Trois dispositifs supplémentaires ont été administrés après induction de la colite. L'équipe a observé que 78% des dispositifs Prim s'activaient chez des rats atteints de colite, contre 28% chez des rats sains (témoins). Les rats avec des dispositifs activés ont produit des excréments de couleur bleu vif avant de revenir aux couleurs normales après 48 heures. La spécificité s'est améliorée à 92% (dans deux tests) ou à 100% (en trois tests) avec des administrations séquentielles.
Conclusions
En somme, l'étude a développé un dispositif ingérable, accessible et mini-invasif pour détecter les marqueurs ROS régulés à la hausse associés à une inflammation intestinale. Le dispositif prim a été scellé à l'aide d'un dextrane adhésif en polymère, sensible au ROS, qui se dégrade sélectivement lors de l'exposition à H₂o₂ pour libérer le colorant.
L'adhésif est resté stable en l'absence de h₂o₂, et aucun colorant n'a été libéré à de faibles niveaux de H₂o₂. Dans le modèle in vivo de colite, le dispositif prim miniaturisé a révélé la présence d'inflammation en libérant le colorant, entraînant des excréments colorés. Il a démontré une spécificité de 72% et une sensibilité à 78% dans la détection de la colite.
Les coûts de production sont estimés à 0,38 $ par appareil à grande échelle. Des tests et une optimisation supplémentaires du Prim de grande taille (humain) chez les grands animaux devraient améliorer sa spécificité et sa sensibilité. Les travaux futurs aborderont le potentiel de transit rapide pendant la diarrhée (entraînant potentiellement des faux négatifs) par le dosage répété et valider les résultats contre les modèles d'inflammation chroniques.
Dans l'ensemble, Prim est un dispositif prometteur et rentable pour la surveillance fréquente et non invasive de l'inflammation intestinale, surmonter les barrières de conformité des patients et démontrer la robustesse aux facteurs de confusion alimentaire.
