Un team di ricercatori ha sviluppato un wearable, sistema non invasivo per monitorare l'attività elettrica nello stomaco per 24 ore, essenzialmente un elettrocardiogramma ma per il tratto gastrointestinale (GI).

Le applicazioni includono il monitoraggio dell'attività gastrointestinale per i pazienti al di fuori di un ambiente clinico, che abbatte i costi. Il monitoraggio per periodi di tempo più lunghi aumenta anche la probabilità di catturare eventi anomali.

I ricercatori dettagliano le loro scoperte nel numero del 22 marzo della rivista ad accesso aperto di Nature Rapporti scientifici .

Il team ha testato il dispositivo, una scatola portatile stampata in 3D collegata a 10 piccoli elettrodi indossabili, su 11 bambini e un adulto volontario. Hanno scoperto che i dati raccolti con il sistema indossabile erano paragonabili ai dati raccolti in clinica con metodi all'avanguardia, che sono invasivi, compreso un catetere inserito attraverso il naso del paziente. Hanno anche scoperto che l'attività elettrica dello stomaco cambia non solo intorno ai pasti, ma anche durante il sonno, seguendo il proprio ritmo circadiano.

"Pensiamo che il nostro sistema stimolerà un nuovo tipo di medicina, dove un gastroenterologo può vedere rapidamente dove e quando una parte del tratto gastrointestinale mostra ritmi anormali e, di conseguenza, renderla più accurata, diagnosi più rapide e personalizzate, " disse Armen Gharibans, il primo autore del documento e un ricercatore post-dottorato in bioingegneria presso l'Università della California a San Diego.

Todd Coleman, l'autore corrispondente del documento e un professore di bioingegneria della UC San Diego, è d'accordo.

"Questo lavoro apre le porte al monitoraggio accurato dell'attività dinamica del sistema GI, " ha detto. "Fino ad ora, è stato piuttosto difficile misurare con precisione i modelli elettrici dell'attività dello stomaco in modo continuo, al di fuori di un contesto clinico. Da ora in poi, saremo in grado di osservare i modelli e analizzarli sia nelle persone sane che in quelle malate durante la loro vita quotidiana".

I medici coinvolti nello studio affermano che il dispositivo soddisfa un'esigenza clinica insoddisfatta.

"Questo ci aiuterà a determinare se lo stomaco funziona correttamente durante i pasti e, soprattutto, quando i pazienti manifestano sintomi come nausea e dolore alla pancia, " ha detto il dottor David Kunkel, uno dei coautori del documento e un gastroenterologo presso l'UC San Diego Health.

La svolta è stata possibile perché ingegneri e medici si sono riuniti per lavorare sul problema, disse Benjamin Smarr, uno dei coautori del documento e un cronobiologo presso l'UC Berkeley.

Algoritmi migliori

La sfida più grande dei ricercatori è stata la progettazione di algoritmi che riconoscono e amplificano i segnali elettrici dello stomaco tra rumore e artefatti. Questo è particolarmente difficile da fare perché i segnali elettrici dello stomaco sono 10 volte più deboli di quelli del cuore, rendendoli più difficili da catturare e analizzare.

I ricercatori hanno sfruttato l'esperienza di elaborazione del segnale nel gruppo di ricerca di Coleman per sviluppare una sofisticata pipeline algoritmica in grado di ripulire i dati e separare l'attività dei muscoli addominali (ad esempio quando una persona cammina), battiti cardiaci e attività gastrica, in diverse bande di segnali che non si sovrappongono. Di conseguenza, i medici possono esaminare ogni segnale individualmente e confrontarlo con gli altri.

Il dispositivo e il test

Il dispositivo stesso utilizza elettrodi standard utilizzati negli elettrocardiogrammi. L'elettronica e la batteria sono racchiuse in una scatola stampata in 3D e collegate agli elettrodi, che si adattano all'addome di una persona appena sopra lo stomaco.

I ricercatori hanno lavorato con il dottor Hayat Mousa e hanno testato il dispositivo su 11 pazienti pediatrici al Rady Children's Hospital di San Diego. Questi pazienti erano stati sottoposti a una procedura invasiva chiamata manometria, uno dei due gold standard clinici per il monitoraggio oggettivo dell'attività del tratto gastrointestinale. La procedura richiede l'uso di un catetere inserito attraverso il naso per misurare la pressione in diversi punti all'interno dello stomaco. Il confronto dei due metodi ha mostrato che i dati raccolti dal dispositivo indossabile erano robusti e affidabili.

"Mi occupo di gastroenterologia pediatrica e mi occupo di pazienti da 20 anni, "Il dottor Mousa ha detto. "L'unico metodo per valutare la motilità gastrointestinale comporta l'inserimento di cateteri per la motilità nei tratti gastrointestinali mentre i bambini sono sedati o in anestesia generale. È stato un lungo viaggio discutere dei vantaggi di eseguire una procedura così invasiva con i miei pazienti e le loro famiglie. La mia sfida è sempre stata quella di trovare un test che offra una valutazione non invasiva del sistema nervoso enterico e della sua connessione con la funzione cerebrale".

"La tecnica delineata in questo documento è il modo migliore per valutare i bambini con motilità e disturbi gastrointestinali funzionali, " Ha aggiunto il Dr. Mousa. "Fornisce le informazioni senza bisogno di sedazione e offre la flessibilità di monitorare i bambini mentre continuano le loro attività quotidiane. Questa procedura consente la praticità senza compromettere la precisione. Inoltre, offre la possibilità di valutare la risposta cervello-intestino agli interventi terapeutici, tra cui il biofeedback e la neuromodulazione".

Il sistema è attualmente abbinato a un'app per smartphone che consente ai pazienti di registrare i propri pasti, dormire e altre attività. L'obiettivo a lungo termine è progettare un'app che permetta a pazienti e medici di vedere i dati raccolti dal dispositivo in tempo reale.

"Questo è analogo a passare dagli operatori di centralino direttamente agli smartphone per la gastroenterologia, " ha detto Smarr.