2023-02-13 カリフォルニア工科大学(Caltech)
◆キャルテックの博士課程学生サランシュ・シャーマが、エマミとシャピロと一緒にこのスマートピル技術を開発し、MITの研究者と共同で豚で実験しています。彼らの研究成果を記した論文は、『Nature Electronics』誌に掲載されています。◆iMAG(Ingestible Microdevices for Anatomic-mapping of Gastrointestinal-tract)と名付けられたこの技術は、追跡可能なスマートピルの最初の実装ではないが、開発者によれば、これまで開発された中で最も正確かつ簡単に追跡できる技術だという。
◆追跡可能なスマートピルは、消化管の正確な位置(例えば、腫瘍の位置)に薬剤を送達できる可能性があるだけでなく、もっとローテクな理由でも有用である。
◆Emamiによると、スマートピルのリアルタイム動作追跡の以前の試みは、RF三角測量として知られているものに依存していました。錠剤は、基本的に無線ビーコンなのです。RF三角測量は有効ですが、数センチメートル以上の分解能でスマートピルの位置を特定することはできません。これは、腸のねじれの中でピルがどこに座っているかをピンポイントで特定しようとする場合には、十分な精度ではありません。一方、iMAGピルはミリメートル以下の精度で錠剤の位置を特定できる可能性があると、Emami氏は言います。
◆研究チームは、磁場の強さを検出する回路を錠剤の中に入れることでこれを実現した。さらに、正確な磁場勾配を作り出す平板な磁気コイルを設計・製作した。この磁場勾配の特性は非常に正確なので、錠剤は磁場の強さを感知してコイルとの位置関係を判断することができる。そして、その情報をBluetoothで近くのスマートフォンにワイヤレスで送信します。
◆今回は、豚を使った研究のデータ収集のため、豚が通るシュートの上にコイルを設置しました。しかし、この技術はジャケットやバックパックに組み込むことができるほど小型でポータブルであるため、人間の患者が摂取した錠剤のデータを、患者がどこにいても一日中収集することができるのです。
◆Emamiは、今後の研究では、錠剤をより正確に、より安価にし、外部からの信号に反応して薬物を放出したり、他の行動を起こしたりする機能を持たせることに焦点を当てると言っています。また、将来的には、手術中にこの錠剤を使って、腫瘍の位置を正確に知ることができるようにしたいとも考えています。
<関連情報>
- https://www.caltech.edu/about/news/a-gps-for-smart-pills
- https://www.nature.com/articles/s41928-023-00916-0
消化管ダイナミクスを無線でモニタリングする位置情報付き摂取可能なマイクロデバイス Location-aware ingestible microdevices for wireless monitoring of gastrointestinal dynamics
Saransh Sharma,Khalil B. Ramadi,Nikhil H. Poole,Shriya S. Srinivasan,Keiko Ishida,Johannes Kuosmanen,Josh Jenkins,Fatemeh Aghlmand,Margaret B. Swift,Mikhail G. Shapiro,Giovanni Traverso & Azita Emami
Nature Electronics Published:13 February 2023
DOI:https://doi.org/10.1038/s41928-023-00916-0
Abstract
Localization and tracking of ingestible microdevices in the gastrointestinal (GI) tract is valuable for the diagnosis and treatment of GI disorders. Such systems require a large field-of-view of tracking, high spatiotemporal resolution, wirelessly operated microdevices and a non-obstructive field generator that is safe to use in practical settings. However, the capabilities of current systems remain limited. Here, we report three dimensional (3D) localization and tracking of wireless ingestible microdevices in the GI tract of large animals in real time and with millimetre-scale resolution. This is achieved by generating 3D magnetic field gradients in the GI field-of-view using high-efficiency planar electromagnetic coils that encode each spatial point with a distinct magnetic field magnitude. The field magnitude is measured and transmitted by the miniaturized, low-power and wireless microdevices to decode their location as they travel through the GI tract. This system could be useful for quantitative assessment of the GI transit-time, precision targeting of therapeutic interventions and minimally invasive procedures.
