Slimme capsule, ontwikkeld door OnePlanet. De Klokhuis Wetenschapsprijs ging onlangs naar de slimme wc-bril van OnePlanet Research Center. Dit samenwerkingsverband waar ook WUR deel van uitmaakt, maakt nog meer slimme gezondheidstechnologie, waaronder inslikbare sensorpillen die de binnenkant van je maagdarmstelsel kunnen meten.
In een ultraklein raampje in de pil van formaat vitaminesupplement zitten vijf sensor-oogjes. Daarmee kan de slimme technologie onder meer temperatuur en zuurtegraad registreren tijdens de reis die het maakt door slokdarm, maag en darmen. Elke twintig seconden voert de pil een meting uit, voor de hele reis van mond tot kont. De kleine pil heeft drie ieniemienie printplaatjes om de pil aan te sturen en data te verwerken. Via een ingebouwde antenne maakt de pil contact met een extern kastje – formaat van een pakje kaarten – dat mensen om hun lichaam dragen en wat meer opslagruimte bevat. Door een verbinding van dat kastje met een centrale computer kunnen onderzoekers realtime meekijken met wat er in het mensenlichaam gebeurt.
Promovendus Roseanne Minderhoud (Humane Voeding en Gezondheid) gebruikt deze sensorpillen om eiwitfermentatie in de dikke darm van mensen te bestuderen. ‘Wij zijn de eersten die onderzoek doen met deze sensorpillen. We moeten dus uitzoeken wat werkt en hoe we deze pil met een veelvoud aan data het beste kunnen inzetten voor het onderzoek’, legt ze uit.
Heel veel data
In haar eerste onderzoek – waarvan ze de resultaten binnenkort publiceert – kregen alle proefpersonen een gecontroleerd dieet en namen zij op vijf gezette momenten een sensorpil in – onder meer bij aanvang van de studie, na een nacht vasten en na een dag eten. ‘De pil beweegt mee met de snelheid van je voeding in je maagdarmstelsel.
Elke twintig seconden voert de pil een meting uit, voor de hele reis van mond tot kont
Na een nacht niet eten gaat die veel sneller door je lijf omdat je maag leeg is. Wanneer je drie grote maaltijden eet op één dag is je maag vol en blijft zo’n pil juist langer in de maag zitten.’
Naast de sensoren bevatten alle pillen ook een accelerometer. ‘Daarmee kunnen we de snelheid van de pil door het lichaam meten, maar hij slaat ook aan als iemand gaat sporten of bewegen’, legt Minderhoud uit. ‘Vooralsnog kunnen we die twee bewegingen niet uit elkaar halen. In de toekomst zouden we bijvoorbeeld ook bewegingsdata uit smartwatches kunnen verzamelen om te splitsen naar lichaamsbeweging of beweging van de pil door het lijf.’
Poep opvangen
‘We werken aan manieren om te voorspellen wanneer de pil het lichaam weer verlaat’, legt Minderhoud uit. Nu moesten mensen al hun ontlasting opvangen en bij de onderzoekers inleveren zodat zij de pillen daaruit konden filteren. ‘Maar in de toekomst krijgen mensen misschien wel een melding via het externe kastje dat ze dragen als de pil bijna weer het lijf gaat verlaten.’
Tijdens het pilot-onderzoek moesten alle deelnemers in ieder geval nog hun ontlasting verzamelen. ‘Dat was enerzijds vanwege veiligheid: daarmee konden we bevestigen dat alle pillen eruit waren. Anderzijds wilden we de pillen opnieuw kalibreren en zien of de sensoren nog even goed meten als vooraf. Dat bleek het geval: alle sensoren reageerden na een ritje door het lijf nog exact hetzelfde.’
Biologisch relevant
Nu de eerste hobbels zijn genomen, kunnen de onderzoekers kijken naar de biologische relevantie van de sensorpil. Bijvoorbeeld door te meten wat in de darmen gebeurt bij verschillende eetpatronen. ‘We gaven de proefpersonen twee verschillende standaarddiëten en waren benieuwd of het verschil in eiwitbron leidde tot een veranderde zuurtegraad door fermentatie. De diëten verschilden verder nauwelijks.’
De pillen kunnen ook inzicht geven in andere gezondheidsparameters, zoals het redoxpotentiaal. Dat is de balans tussen oxidanten, agressieve stoffen die schade kunnen maken aan cellen en weefsels, en de antioxidanten die zulke schade juist tegengaan, legt Minderhoud uit. ‘Dat is heel moeilijk in het lab te meten, omdat het potentiaal heel gevoelig is voor zuurstof. Met deze sensor kunnen we precies meten wat er in het lichaam gebeurt, zonder externe verstoorders. Een disbalans in het redoxpotentiaal levert kennis op over eventuele oxidatieve stress die ontstaat – veel stress beschadigt de cellen van binnenuit.’
Gezond en ziek
Naast fundamentele kennis opdoen over wat in de darmen gebeurt, kunnen de pillen ook de medische wereld helpen, denkt Minderhoud. ‘We hebben nu een klein cohort aan gezonde mensen, van verschillende leeftijden, van wie we data hebben. Die kunnen we in de toekomst vergelijken met bijvoorbeeld patiënten met darmziekten als de ziekte van Crohn of colitis. Door de pillen kunnen we non-invasief, zonder vervelende sondes, achterhalen wat er in zieke darmen gebeurt.’
Tegelijkertijd werkt OnePlanet ook aan pillen die monsters kunnen nemen, van darmsappen bijvoorbeeld. ‘Via de sensordata kunnen we beredeneren waar in het maagdarmkanaal de pil zich bevindt. Met een druk op de knop gaat die bemonsterpil een klein beetje open, waardoor het vloeistof kan opvangen in een interne holte, en daarna weer dicht. We moeten nog controleren of de pil inderdaad opent op het moment dat we op de knop duwen, en of de pil weer voldoende afsluit zodat het monster niet vervuild raakt door de vloeistoffen verderop in het maagdarmkanaal. Het werk is veelbelovend, vooral voor monsters uit de dunne darm en het begin van de dikke darm, want dat zou die nare endoscopie overbodig maken.’
