Las biobaterías ingeribles del tamaño de una cápsula podrían permitir una nueva visión del sistema digestivo

Las empresas tecnológicas han desarrollado muchos dispositivos que funcionan fuera del cuerpo, como teléfonos móviles, relojes inteligentes, tabletas y cientos de otros. ¿Dentro del cuerpo, sin embargo? Obviamente, eso es más complicado por varias razones, pero la potencia de un dispositivo es importante.

Los investigadores de biobaterías de la Universidad de Binghamton creen que tienen una solución para el intestino delgado de difícil acceso, que se enrolla alrededor del intestino humano por un promedio de 22 pies.

El profesor Seokheun «Sean» Choi, miembro de la facultad en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas Thomas J. Watson, dirigió un equipo que incluía Ph.D. estudiantes Maryam Rezaie y Zahra Rafiee sobre una investigación publicada recientemente en la revista Materiales energéticos avanzados.

«Hay algunas regiones en el intestino delgado que no son accesibles, y es por eso que se han desarrollado cámaras ingeribles para resolver este problema», dijo Choi. «Pueden hacer muchas cosas, como imágenes y detección física, incluso la administración de medicamentos. El problema es la energía. Hasta ahora, la electrónica usa baterías primarias que tienen un presupuesto de energía finito y no pueden funcionar a largo plazo».

La solución del equipo de Watson se basa en los hallazgos que Choi ha realizado durante la última década sobre el uso de bacterias para crear bajos niveles de electricidad que pueden alimentar sensores y conexiones Wi-Fi como parte de la Internet de las cosas.

Otras opciones dentro del intestino delgado son menos viables: las baterías tradicionales son potencialmente dañinas, la transferencia inalámbrica de energía desde el exterior del cuerpo es ineficiente, las diferencias de temperatura no son suficientes para aprovechar la energía térmica y el movimiento intestinal es demasiado lento para la energía mecánica. En cambio, las biobaterías de Choi utilizan celdas de combustible microbianas con bacterias Bacillus subtilis formadoras de esporas que permanecen inertes hasta que llegan al intestino delgado.

«¿Cómo haces que tu celda de microcombustible funcione selectivamente en el intestino delgado? Usamos una membrana sensible al pH que requiere ciertas condiciones para activarse», dijo Choi. «Cuando miras nuestro tracto gastrointestinal, el esófago tiene un pH neutro, igual que el intestino delgado, pero el tiempo de tránsito es de solo 10 segundos. No se activará en esta área y nunca funcionará en el estómago porque el el estómago tiene un pH muy bajo. Solo funciona en el intestino delgado».

Choi sabe que algunas personas pueden resistirse a ingerir bacterias, pero nuestros cuerpos están llenos de microbios no tóxicos que ayudan con la digestión y otras funciones.

«Usamos estas esporas como un biocatalizador latente y almacenable», dijo. «Las esporas pueden germinar cuando los nutrientes están disponibles, y pueden reanudar la vida vegetativa y generar energía».

Aunque esta investigación se acaba de publicar, Choi y sus estudiantes ya están pensando en mejorar las biobaterías del tamaño de una cápsula. Una vez que la celda de combustible llega al intestino delgado, tarda hasta una hora en germinar por completo; cuanto más rápido, mejor. La celda genera alrededor de 100 microvatios por centímetro cuadrado de densidad de potencia, suficiente para la transmisión inalámbrica, pero 10 veces más ofrecería muchas más opciones de uso. Las baterías también requerirían pruebas en animales y humanos, así como estudios de biocompatibilidad.

Choi puede prever varios usos que las celdas de combustible microbianas de bajo nivel podrían impulsar, incluidos sensores biológicos y químicos, sistemas de administración de fármacos y dispositivos de estimulación eléctrica.

“Creo que nuestra celda de microcombustible tiene un enorme potencial, pero tenemos un largo camino por recorrer”, dijo.