美國西北大學：研究用于長期監(jiān)測慢性腸道炎癥的小型植入式溫度傳感器

克羅恩病是一種炎癥性腸病（IBD），會引起消化道的慢性炎癥。它的具體癥狀和嚴重程度因人而異，包括：腹痛和痙攣、慢性腹瀉、體重減輕和營養(yǎng)不良等癥狀。重要的是，克羅恩病作為一種慢性病具有不可預測的特點，可能會經(jīng)歷疾病發(fā)作期和緩解期，患者需要進行長期管理。然而由于現(xiàn)有的內(nèi)窺鏡和活檢等診斷工具無法捕捉到突然的腸炎急性發(fā)作，監(jiān)測克羅恩病面臨挑戰(zhàn)，導致約70%的克羅恩病患者不得不接受腸道切除手術。

基于此，美國西北大學的John A. Rogers教授團隊開發(fā)了一種無線的微型植入式溫度傳感器，用于實時和長期監(jiān)測腸道的慢性炎癥。該傳感器尺寸小重量輕，可以舒適地植入小鼠腹腔內(nèi)并固定在肌肉組織上，并且采用藍牙低功耗技術與外部設備通信，可以實現(xiàn)4個月的長期測試。

腸道是一個動態(tài)、脆弱的器官，尤其在克羅恩病患者中已受損的組織更容易受到侵害。傳統(tǒng)的插入式或外部傳感器難以在腸道內(nèi)長期穩(wěn)定工作。該工作使用具有定制設計傳感器的鼠標模型，該傳感器體積小（12.8 × 8.2 × 5.8 mm3）、輕質(zhì)（~0.58 g）并具有光滑表面的輪廓（粗糙度 Sa = 2.8 ± 1.6 μm），占小鼠體積的比例非常小。傳感器的小尺寸、平滑表面和生物相容性封裝材料可以減少與腸道組織的摩擦和刺激，長期穩(wěn)定工作，避免對腸道產(chǎn)生額外損害。并且腸道是中空的器官，在不同部位對傳感器的位置和精度要求較高。該系統(tǒng)集成了低功耗藍牙芯片（BLE SoC）和溫度傳感器（分辨率 ~0.01 °C）等組件，由紐扣電池進行供電（具有約10.7周的續(xù)航時間）。傳感器設計成能夠固定在腹肌上，且與腸道直接接觸以檢測溫度。穩(wěn)定的固定位置和高精度的傳感器確保了精準測量腸道的溫度波動。

該研究使用已建立的克羅恩病樣回腸炎小鼠模型（SAMP1/YitFc菌株）進行實驗，它們的親本菌株（AKR/J;無病變，無回腸炎）作為對照。如圖2所示。傳感器能夠有效捕捉實驗組小鼠腸道的溫度波動，發(fā)現(xiàn)明顯的超晝夜節(jié)律，這些波動特征在f=2、3和4的頻率上出現(xiàn)，與血液中的炎性細胞因子和應激激素（如TNFα、IL-1β和ACTH）的濃度變化相關。實驗表明，炎癥活動引發(fā)的體溫波動可以作為一種有效的預警信號，提供有關疾病活動和進展的重要信息，有助于醫(yī)生識別克羅恩病的早期癥狀。相比之下，對照組小鼠的腸道溫度波動沒有顯示出類似的超晝夜節(jié)律特征，表明該監(jiān)測方法可區(qū)分患病和健康個體。

其次，傳感器的溫度監(jiān)測顯示可以在可見病灶出現(xiàn)前約五周識別炎癥活動的早期跡象，為克羅恩病的早期干預和治療提供了寶貴的時間窗口。實驗還發(fā)現(xiàn)，隨著疾病的進展和年齡的增長，腸道的平均溫度呈現(xiàn)出明顯的長期下降趨勢，反映出隨著時間推移，炎癥和組織損傷逐漸加重。這與顯微組織學檢查的結果一致，顯示炎癥病灶范圍逐步擴大、炎癥細胞因子和免疫細胞的積累增加。

實驗結果也揭示了一種具有抗炎作用的受體（PPARγ）在炎癥活動中表達逐漸下降的現(xiàn)象。在實驗小鼠的腸道溫度波動中，PPARγ的陽性細胞在溫度谷點明顯低于峰點，且整體表達水平隨著炎癥進展而降低。這說明PPARγ可能與炎癥的調(diào)節(jié)和免疫應答有關，反映出腸道炎癥活動的復雜性和全身性。

來源：傳感器專家網(wǎng)