แคปซูลจิ๋ววัดกลูโคส ตรวจสุขภาพจากภายใน วัดฮอร์โมน และ pH ในลำไส้ได้ทันที

แคปซูลจิ๋ว PillTrek

ที่มาของภาพ
Caltech
แคปซูลอัจฉริยะ พิลเทรค (PillTrek) มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 7 มิลลิเมตร และยาว 25 มิลลิเมตร หรือเทียบเท่ากับเม็ดยาขนาดเล็ก ได้รับการออกแบบมาให้ปฏิวัติวิธีการตรวจวินิจฉัยภาวะสุขภาพทางเดินอาหาร โดยภายในประกอบด้วยชิ้นส่วนทางวิศวกรรมชีวการแพทย์ที่ซับซ้อน 

เริ่มจาก ฝาครอบป้องกัน (Protective cap) และ ชั้นฉนวน (Insulation layer) ที่ช่วยปกป้องวงจรจากสภาพแวดล้อมภายในลำไส้ ถัดมาเป็น กาวนำไฟฟ้า (Conductive adhesive) ซึ่งยึดเซ็นเซอร์เข้ากับแผงวงจร และ ไบโอเซ็นเซอร์ (Biosensors) ที่ใช้ตรวจวัดค่าทางชีวภาพต่าง ๆ เช่น กลูโคส, pH, อุณหภูมิ หรือฮอร์โมนอย่างเซโรโทนินและโดปามีน 

ข้อมูลจากเซ็นเซอร์จะถูกส่งต่อผ่าน แผงวงจรอะแดปเตอร์ (Adapter PCB) ไปยังระบบประมวลผลซึ่งประกอบด้วย วงจรขยายสัญญาณอิเล็กโตรเคมี (Electrochemical AFE) และ ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า (Voltage regulator) ที่ทำหน้าที่แปลงและควบคุมสัญญาณให้เหมาะสม ก่อนส่งออกนอกแคปซูลผ่าน โมดูลคลื่นวิทยุ (RF module) โดยใช้พลังงานจาก แบตเตอรี่ขนาดเล็ก (Battery) ที่ควบคุมการเปิดและปิดด้วย สวิตช์แม่เหล็ก (Magnetic switch)

โดยแคปซูลนี้มีเป้าหมายเพื่อลดความจำเป็นในการใช้วิธีการที่มีค่าใช้จ่ายสูง เช่น การส่องกล้อง (Endoscopy) หรือการเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ (CT scan) ซึ่งทำได้เฉพาะในโรงพยาบาลและไม่สามารถให้ข้อมูลแบบเรียลไทม์

ที่มาของภาพ
Caltech

จุดเด่นที่น่าจับตาของ พิลเทรค (PillTrek) คือการรวมเอาเซ็นเซอร์ที่มีความละเอียดอ่อนและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กที่ประหยัดพลังงานเข้าไว้ด้วยกัน ทำให้แคปซูลนี้สามารถตรวจจับเครื่องหมายชีวภาพที่สำคัญได้อย่างหลากหลาย ไม่ว่าจะเป็นระดับการดูดซึมน้ำและสารอาหาร และการเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อลำไส้ หรือค่าอิเล็กโทรไลต์  ระบบย่อยอาหาร หรือ ค่าระบบเมตาบอไลต์ ระบบฮอร์โมนสำคัญอย่างเซโรโทนินและโดปามีน ระดับกลูโคส ค่า pH,ความเข้มข้นของไอออน และอุณหภูมิภายในลำไส้ 

ข้อมูลเหล่านี้มีความสำคัญในการช่วยระบุและติดตามสภาวะต่าง ๆ เช่น ภาวะเมตาบอลิกซินโดรม หรือ กลุ่มอาการผิดปกติทางเมตาบอลิซึมที่เกิดร่วมกันในร่างกาย ซึ่งเป็นปัจจัยเสี่ยงต่อโรคหัวใจและเบาหวาน รวมถึงภาวะการอักเสบที่เกิดขึ้นในระบบทางเดินอาหาร

ทั้งนี้ พิลเทรค (PillTrek) สามารถปรับเปลี่ยนชนิดของเซ็นเซอร์ภายในแคปซูลได้ตามความต้องการในการตรวจวัดเฉพาะบุคคล หรือตามชนิดของภาวะที่แพทย์ต้องการติดตามในผู้ป่วยแต่ละราย

ผลการทดสอบและความสามารถในการใช้งานจริง

พิลเทรค (PillTrek) มีการทดสอบเบื้องต้นกับกระต่ายแล้ว ซึ่งแสดงให้เห็นถึงศักยภาพของ พิลเทรค (PillTrek) ในการวัดค่า pH, อุณหภูมิ, ระดับกลูโคส และเซโรโทนินได้อย่างแม่นยำ นอกจากนี้ จุดเด่นของนวัตกรรมนี้คือความสามารถในการทำงานแบบไร้สายและต่อเนื่องเป็นเวลานานภายในระบบทางเดินอาหาร ทำให้สามารถส่งข้อมูลการวัดไปยังภายนอกได้แบบเรียลไทม์ ซึ่งเป็นข้อมูลที่มีค่าอย่างยิ่งสำหรับการวินิจฉัยและติดตามอาการ

โดย อสิตา อีมามี่ (Azita Emami) ผู้ร่วมเขียนบทความที่เผยแพร่ในวารสาร Nature Electronics ได้ให้ความเห็นว่า 

"แคปซูลที่สามารถกลืนได้มีศักยภาพที่สำคัญในการวินิจฉัย ตรวจสอบ และจัดการภาวะเรื้อรัง แต่ก่อนหน้านี้อุปกรณ์ต่าง ๆ มีข้อจำกัดอย่างมากในแง่ของความสามารถในการตรวจจับ อายุการใช้งาน และขนาด งานนี้เป็นก้าวสำคัญที่นำไปสู่การพัฒนาอุปกรณ์ที่สามารถให้ข้อมูลทางการแพทย์ที่มีความหมายแก่ผู้ป่วยและแพทย์ได้"

"Ingestible capsules have significant potential in diagnosis, monitoring, and management of chronic conditions, but previous devices were very limited in terms of their sensing capabilities, lifetime, and size," 

นับเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญที่ต่อยอดจากงานวิจัยก่อนหน้าของ สถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย (Caltech) เมื่อสองปีที่แล้ว ซึ่งได้พัฒนาระบบติดตามอุปกรณ์ที่สามารถกลืนได้ในแบบ 3 มิติขณะเดินทางผ่านลำไส้ ทีมวิจัยยังคงมุ่งมั่นที่จะพัฒนา PillTrek ให้มีขนาดเล็กลงไปอีก พร้อมทั้งลดการใช้พลังงาน เพื่อยืดระยะเวลาการทำงานภายในร่างกายให้ยาวนานยิ่งขึ้น