Il nuovo sensore misura la frequenza cardiaca e respiratoria dei pazienti con apnea notturna e potrebbe anche essere utilizzato per monitorare le persone a rischio di overdose da oppioidi.
La diagnosi di disturbi del sonno come l’apnea notturna di solito richiede che un paziente trascorra la notte in un laboratorio del sonno, collegato a una varietà di sensori e monitor.
I ricercatori del MIT, della Celero Systems e della West Virginia University sperano di rendere questo processo meno intrusivo, utilizzando una capsula ingeribile che hanno sviluppato in grado di monitorare i segni vitali dall’interno del tratto gastrointestinale del paziente.
La capsula, che ha le dimensioni di un multivitaminico, utilizza un accelerometro per misurare la frequenza respiratoria e la frequenza cardiaca del paziente.
Oltre a diagnosticare l’apnea notturna, il dispositivo potrebbe anche essere utile per rilevare le overdose da oppioidi nelle persone ad alto rischio, dicono i ricercatori.
“È un intervento entusiasmante per aiutare le persone a ricevere una diagnosi e quindi a ricevere il trattamento appropriato se soffrono di apnea ostruttiva del sonno”, afferma Giovanni Traverso, professore associato di ingegneria meccanica al MIT e gastroenterologo al Brigham and Women’s Hospital.
“Il dispositivo ha anche il potenziale per la diagnosi precoce dei cambiamenti nello stato respiratorio, sia che si tratti di oppiacei o di altre condizioni che potrebbero essere monitorate, come l’asma o la broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO)”.
In uno studio condotto su 10 volontari umani, i ricercatori hanno dimostrato che la capsula può essere utilizzata per monitorare i segni vitali e per rilevare gli episodi di apnea notturna, che si verificano quando il paziente si ferma e riprende ripetutamente a respirare durante il sonno.
I pazienti non hanno mostrato alcun effetto avverso dalla capsula, che è passata innocua attraverso il tratto digestivo.
Traverso è uno degli autori senior dello studio, insieme a Robert Langer, professore del MIT Institute e membro del Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT; Victor Finomore, direttore del Centro di Ricerca sulle Prestazioni Umane e le Neuroscienze Applicate presso la West Virginia University School of Medicine; e Ali Rezai, direttore del Rockefeller Neuroscience Institute presso la West Virginia University School of Medicine. L’articolo è stato pubblicato sulla rivista Device.
Nell’ultimo decennio, Traverso e Langer hanno sviluppato una serie di sensori ingeribili che potrebbero essere utilizzati per monitorare i segni vitali e diagnosticare disturbi del tratto gastrointestinale, come il rallentamento gastrointestinale e le malattie infiammatorie intestinali.
Questo nuovo studio si è concentrato sulla misurazione dei segni vitali, utilizzando una capsula sviluppata da Celero Systems che include un accelerometro che rileva i lievi movimenti generati dal battito del cuore e dall’espansione dei polmoni.
La capsula contiene anche due piccole batterie e un’antenna wireless che trasmette i dati a un dispositivo esterno come un laptop.
Nei test su un modello animale, i ricercatori hanno scoperto che questa capsula potrebbe misurare con precisione la frequenza respiratoria e la frequenza cardiaca.
In un esperimento, hanno dimostrato che il sensore poteva rilevare la depressione della frequenza respiratoria che derivava da una grande dose di fentanil, un farmaco oppioide.
Sulla base di questi risultati, i ricercatori hanno deciso di testare ulteriormente la capsula in uno studio clinico presso il West Virginia University Rockefeller Neuroscience Institute.
Dieci pazienti arruolati nello studio sono stati monitorati utilizzando la capsula ingeribile e questi pazienti sono stati anche collegati ai sensori tipicamente utilizzati per monitorare il sonno, in modo che i ricercatori potessero confrontare le misurazioni di entrambi i tipi di sensori.
I ricercatori hanno scoperto che il loro sensore ingeribile era in grado di misurare con precisione sia la frequenza respiratoria che la frequenza cardiaca e ha anche rilevato un episodio di apnea notturna che uno dei pazienti ha sperimentato.
“Quello che siamo stati in grado di dimostrare è che utilizzando la capsula, potevamo acquisire dati che corrispondevano a quelli che i sensori transdermici tradizionali avrebbero catturato”, afferma Traverso.
“Abbiamo anche osservato che la capsula è in grado di rilevare l’apnea, e questo è stato confermato con i sistemi di monitoraggio standard disponibili nel laboratorio del sonno”.
In questo studio, i ricercatori hanno monitorato i segnali emessi dalla capsula mentre era nello stomaco, ma in uno studio precedente hanno dimostrato che i segni vitali possono essere misurati anche da altre parti del tratto gastrointestinale.
“Lo stomaco generalmente offre alcuni dei segnali migliori, principalmente perché è vicino al cuore e ai polmoni, ma sappiamo che possiamo percepirli anche altrove”, dice Traverso.
Nessuno dei pazienti ha riportato alcun disagio o danno dalla capsula. L’imaging radiografico eseguito 14 giorni dopo l’ingestione delle capsule ha rivelato che tutte erano passate attraverso i corpi dei pazienti.
Il lavoro precedente del team di ricerca ha dimostrato che oggetti di dimensioni simili di solito si muovono attraverso il tratto digestivo in poco più di un giorno.
I ricercatori prevedono che questo tipo di sensore potrebbe essere utilizzato per diagnosticare l’apnea notturna in modo meno intrusivo rispetto ai sensori basati sulla pelle che vengono ora utilizzati.
Potrebbe anche essere utilizzato per monitorare i pazienti quando iniziano il trattamento per l’apnea, per assicurarsi che i trattamenti siano efficaci.
Celero Systems, una società fondata da Traverso, Langer, Jeremy Ruskin, professore di medicina alla Harvard Medical School, e Benjamin Pless, ora CEO dell’azienda, sta ora lavorando su sensori che potrebbero essere utilizzati per rilevare l’apnea notturna o l’overdose da oppioidi.
“Sappiamo che le persone che hanno avuto un’overdose sono a più alto rischio di recidiva, quindi quelle persone potrebbero essere monitorate più da vicino in modo che, in caso di un’altra overdose, qualcuno possa aiutarle”, dice Traverso.
Nel lavoro futuro, i ricercatori sperano di incorporare un agente di inversione dell’overdose come il nalmefene nel dispositivo, in modo che il rilascio del farmaco venga attivato quando la frequenza respiratoria della persona rallenta o si ferma.
Stanno anche lavorando su strategie per allungare la quantità di tempo in cui le capsule potrebbero rimanere nello stomaco.
La ricerca è stata finanziata dalla Karl van Tassel Career Professorship, dal Dipartimento di Ingegneria Meccanica del MIT e da Celero Systems.
Foto: Giovanni Traverso
