Ora in fase di sviluppo del prototipo, SmartCap è uno strumento diagnostico di nuova generazione che affronta le carenze della tecnologia endoscopica con capsula wireless, vecchia di 20 anni, attualmente utilizzata per rilevare tumori ed emorragie gastrointestinali.
SmartCap è in grado di generare dati localizzati su tumori ed emorragie che si traducono in una maggiore accuratezza diagnostica.
Con un sistema di tracciamento unico sviluppato dal team di Wahid, i medici saranno in grado di tracciare con precisione l'intero viaggio intestinale della capsula intelligente grazie a minuscoli biosensori wireless "intelligenti" che rilevano e analizzano biomarcatori mirati (indicatori di malattia) e comunicano con dispositivi esterni come un computer.
"Questo nuovo strumento potrebbe raddoppiare i tassi di sopravvivenza al cancro gastrointestinale in tutto il mondo, " ha detto Wahid, un professore di ingegneria elettrica e informatica presso l'USask College of Engineering. "Questa è la prima pillola "intelligente" completamente tracciabile per endoscopia mirata (un modo non chirurgico di guardare all'interno del corpo) che può essere personalizzata per il paziente".
L'Organizzazione Mondiale della Sanità stima che nel 2018 ci siano stati 4,6 milioni di nuovi casi di tumori gastrointestinali e 3,3 milioni di decessi correlati. Circa i due terzi di questi tumori vengono rilevati in una fase avanzata, ma con diagnosi e trattamento precedenti, il tasso di sopravvivenza dei pazienti quasi raddoppia all'83 per cento.
Il programma New Frontiers in Research riunisce discipline in modi non tradizionali per esplorare nuove direzioni che spingono i confini della ricerca e hanno un potenziale di impatto significativo, "
Sotto la guida del professor Wahid, questo entusiasmante progetto di ingegneria biomedica per una migliore diagnosi del cancro attinge all'esperienza innovativa e ad ampio raggio dei nostri talentuosi ricercatori, migliorare il contributo che stiamo dando per affrontare le principali sfide sanitarie a livello globale".
Karen Chad, Vicepresidente Ricerca, USask College of Engineering
Nella squadra ci sono anche il co-investigatore principale Kiven Lukong, professore associato di biochimica, microbiologia e immunologia, e Paul Baby, professore di imaging medico, sia alla Facoltà di Medicina, così come Francesco Bui, professore associato di ingegneria elettrica e informatica. Prof. Svetlana Yanushkevich dell'Università di Calgary, un esperto di IA, sta collaborando al progetto.
Mentre la tecnologia a capsula wireless che utilizza minuscole fotocamere è attualmente l'unica opzione per catturare immagini all'interno dell'intestino tenue lungo da tre a 10 metri, i dispositivi attuali non possono essere tracciati con precisione nell'intestino, rendendo impossibile per i medici individuare il sito di un cancro, polipo, o emorragia.
Movimenti involontari dell'intestino tenue rendono ulteriormente difficile determinare l'avanzamento della capsula.
"È come cercare di tracciare qualcosa nel buio senza alcun punto di riferimento, o dove i punti di riferimento stessi sono in continuo movimento, ", ha affermato Wahid. "Ecco perché negli ultimi 20 anni non sono stati apportati cambiamenti all'hardware e alla localizzazione della tecnologia delle capsule wireless, anche se la qualità dell'immagine, trasmissione senza fili, Strumenti diagnostici, e il software sono tutti migliorati."
Nella progettazione di SmartCap, Il team di Wahid sta adottando un approccio "lab-on-a-chip", integrando diverse funzioni di laboratorio tra cui l'analisi del campione di sangue su un singolo chip.
Con più del doppio della carica della batteria rispetto alle capsule wireless convenzionali, La carica della batteria di 24 ore di SmartCap rende possibile il rilevamento fino alla fine del viaggio intestinale, con risultati migliori grazie a sensori di fluorescenza a bassa potenza, sensori di luce multispettrali, e la tecnologia di localizzazione, tutto in fase di sviluppo nel laboratorio di Wahid.
I sensori di fluorescenza a bordo rilevano il bagliore di speciali coloranti iniettati in un paziente per legarsi a specifiche cellule cancerose, identificare il cancro e la sua posizione in tempo reale. L'array di sensori multispettrali determina la concentrazione di emoglobina e la saturazione di ossigeno del sangue che passa attraverso una tacca sulla capsula analizzando il colore del sangue, indicando se l'emorragia è attiva, cronico, o un grumo. Le tecniche di intelligenza artificiale di deep learning vengono utilizzate per migliorare la precisione.
Piccoli sensori di immagine attaccati alle pareti laterali della capsula e "tecnologia di correlazione dell'immagine digitale" - presa in prestito dalla tecnica utilizzata in un mouse ottico per computer per correlare il suo movimento con il cursore - tracciano la capsula in tempo reale. Una minuscola unità per misurare la velocità e l'orientamento della capsula fornisce dati per assistere nella localizzazione di un tumore.
Per eliminare possibili falsi positivi, una piccola fotocamera standard è integrata, ma rimarrà per lo più in modalità di sospensione, attivato solo se il chip AI sospetta una malignità.
Il team ha chiesto di brevettare l'array multispettrale, e prevede di seguire l'esempio con le tecnologie di rilevamento e localizzazione della fluorescenza, così come lo stesso SmartCap.
"Se questo ha successo, potresti usare questa tecnologia in molti altri sensori e impianti ingeribili, persino adattarlo per l'uso in miniere e trivellazioni sotterranee, o nell'industria petrolifera per rilevare e localizzare perdite di oleodotti, " ha detto Wahid, che si aspetta di avere un prototipo di SmartCap pronto in due anni.
Il prossimo passo sarà trovare un partner industriale per investire nel portare il nuovo prodotto in un mercato dell'endoscopia con capsula wireless che dovrebbe raggiungere i 650 milioni di dollari quest'anno e crescere rapidamente con l'invecchiamento della popolazione globale.
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