Agora em desenvolvimento de protótipo, SmartCap é uma ferramenta de diagnóstico de nova geração que aborda as deficiências da tecnologia de endoscopia de cápsula sem fio de 20 anos usada atualmente para detectar doenças malignas gastrointestinais e hemorragias.
O SmartCap é capaz de gerar dados específicos de localização sobre tumores e sangramento que resultam em maior precisão diagnóstica.
Com um sistema de rastreamento exclusivo desenvolvido pela equipe de Wahid, os médicos serão capazes de rastrear com precisão toda a viagem intestinal da cápsula inteligente devido a minúsculos biossensores "inteligentes" sem fio que detectam e analisam biomarcadores direcionados (indicadores de doenças) e se comunicam com dispositivos externos, como um computador.
"Esta nova ferramenta pode dobrar as taxas de sobrevivência ao câncer gastrointestinal em todo o mundo, "disse Wahid, professor de engenharia elétrica e de computação na USask College of Engineering. "Esta é a primeira pílula 'inteligente' totalmente rastreável para endoscopia direcionada (uma maneira não cirúrgica de olhar dentro do corpo) que pode ser personalizada para o paciente."
A Organização Mundial da Saúde estima que houve 4,6 milhões de novos casos de câncer gastrointestinal e 3,3 milhões de mortes relacionadas em 2018. Cerca de dois terços desses cânceres são detectados em um estágio avançado, mas com diagnósticos e tratamentos anteriores, a taxa de sobrevivência dos pacientes quase dobra para 83 por cento.
O programa Novas Fronteiras em Pesquisa reúne disciplinas de maneiras não tradicionais para explorar novas direções que ultrapassam os limites da pesquisa e têm potencial de impacto significativo, "
Sob a liderança do professor Wahid, este empolgante projeto de engenharia biomédica para um diagnóstico aprimorado do câncer aproveita a experiência inovadora e abrangente de nossos talentosos pesquisadores, aumentando a contribuição que estamos fazendo para enfrentar os principais desafios da saúde em todo o mundo. "
Karen Chad, Vice-presidente de pesquisa, USask College of Engineering
Também estão na equipe o co-investigador principal Kiven Lukong, um professor associado de bioquímica, microbiologia e imunologia, e Paul Babyn, professor de imagens médicas, ambos na Faculdade de Medicina, assim como Francis Bui, professor associado de engenharia elétrica e da computação. Prof. Svetlana Yanushkevich da Universidade de Calgary, um especialista em IA, está colaborando no projeto.
Embora a tecnologia de cápsula sem fio usando câmeras minúsculas seja atualmente a única opção para capturar imagens dentro do intestino delgado de três a 10 metros de comprimento, os dispositivos atuais não podem ser rastreados no intestino com precisão, tornando impossível para os médicos identificarem o local de um câncer, pólipo, ou hemorragia.
Os movimentos involuntários do intestino delgado tornam ainda mais difícil determinar o progresso da cápsula.
"É como tentar rastrear algo no escuro, sem ponto de referência, ou onde os próprios pontos de referência estão em constante movimento, "disse Wahid." É por isso que não houve nenhuma mudança no lado de hardware e localização da tecnologia de cápsula sem fio em 20 anos, embora a qualidade da imagem, transmissão sem fio, ferramentas de diagnóstico, e o software melhorou. "
Ao projetar o SmartCap, A equipe de Wahid está adotando uma abordagem "lab-on-a-chip" - integrando várias funções de laboratório, incluindo análise de amostra de sangue em um único chip.
Com mais de duas vezes mais bateria do que as cápsulas sem fio convencionais, A bateria de 24 horas do SmartCap torna a detecção possível até o final da viagem intestinal, com melhores resultados devido aos sensores de fluorescência de baixa potência, sensores de luz multiespectral, e tecnologia de localização - todas desenvolvidas no laboratório de Wahid.
Os sensores de fluorescência integrados detectam o brilho de corantes especiais injetados em um paciente para se ligar a células cancerosas específicas, identificar o câncer e sua localização em tempo real. O conjunto de sensores multiespectrais determina a concentração de hemoglobina e a saturação de oxigênio do sangue que passa por um entalhe na cápsula, analisando a cor do sangue, indicando se o sangramento está ativo, crônica, ou um coágulo. Técnicas de IA de aprendizado profundo são usadas para melhorar a precisão.
Sensores de imagem minúsculos presos às paredes laterais da cápsula e "tecnologia de correlação de imagem digital" - emprestada da técnica usada em um mouse óptico de computador para correlacionar seu movimento com o cursor - rastreiam a cápsula em tempo real. Uma pequena unidade para medir a velocidade e a orientação da cápsula fornece dados para auxiliar na localização de um tumor.
Para eliminar possíveis falsos positivos, uma pequena câmera padrão é integrada, mas permanecerá principalmente no modo de espera, ativado apenas se o chip AI suspeitar de uma malignidade.
A equipe solicitou a patente da matriz multiespectral, e planeja seguir o exemplo com as tecnologias de detecção e localização de fluorescência, bem como o próprio SmartCap.
"Se tiver sucesso, você pode usar essa tecnologia em muitos outros sensores e implantes ingeríveis, até mesmo adaptá-lo para uso em mineração subterrânea e perfuração, ou na indústria de petróleo para detectar e localizar vazamentos em dutos, "disse Wahid, que espera ter um protótipo SmartCap pronto em dois anos.
A próxima etapa será encontrar um parceiro da indústria para investir em trazer o novo produto para um mercado de endoscopia de cápsula sem fio que deve chegar a US $ 650 milhões este ano e crescer rapidamente com o envelhecimento da população global.
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