Em uma fusão inédita entre biologia sintética e tecnologia digital de saúde, cientistas chineses liderados por uma equipe de pesquisadores da Universidade de Tianjin desenvolveram uma cápsula inteligente capaz de diagnosticar e tratar doenças diretamente no intestino dos pacientes.

Publicado recentemente na revista Nature Microbiology, o estudo “Cápsulas optoeletrônicas ingeríveis permitem comunicação bidirecional com micróbios projetados para intervenções terapêuticas controláveis” abre caminho para sistemas de monitoramento interno do corpo com respostas proativas.

Como protagonista do novo sistema, os cientistas escolheram a Escherichia coli Nissle 1917, uma bactéria amiga do intestino (probiótica), que já é amplamente utilizada há muitos anos na medicina, por ser eficaz e segura, o que a torna elegível para sistemas terapêuticos com engenharia genética.

Diferentes de outras cepas de E. coli que podem causar infecções, as Nissle 1917 foram reprogramadas no estudo atual para funcionar como pequenos sensores vivos. Elas foram ajustadas para detectar o óxido nítrico (NO), uma substância que o corpo produz em situações de inflamação intestinal, como na colite.

Quando a bactéria detecta altos níveis de NO, ela passa a emitir luz, cujo brilho funciona como um sinal biológico de inflamação local. Esse sinal é lido por uma cápsula eletrônica ingerível, que envia os dados para um smartphone. Ou seja, uma monitorização intestinal em tempo real, não invasiva e com alta precisão.

Controlando as bactérias vivas dentro do organismo

Embora o uso de microrganismos como ferramentas vivas de diagnóstico e terapia seja uma ideia com base em pesquisas nos últimos 10 a 15 anos, a biotecnologia sempre enfrentou um problema fundamental: após a introdução das bactérias no organismo, os cientistas perdiam o controle sobre elas.

Sem uma forma de monitorar sua localização ou atividade, esses micróbios operam de forma autônoma e descontrolada. Isso significa que, apesar de fazerem aquilo para o qual foram programados, eles não podem receber novas instruções nem reportar seus resultados em tempo real.

Para que esses micróbios projetados para intervenções terapêuticas possam se adaptar dinamicamente às condições do paciente, os autores desenvolveram uma “ponte tecnológica”: uma interface que combina elementos biológicos (bactérias), ópticos (sinais de luz) e eletrônicos (cápsula e smartphone).

Com isso, a comunicação passa a ocorrer em duas direções: das bactérias para os dispositivos (reportando o que detectam) e dos dispositivos para as bactérias (enviando comandos). Assim, os pesquisadores transformaram micróbios incomunicáveis em sensores inteligentes remotamente controláveis.

Quando o smartphone envia comandos para LEDs miniaturizados na cápsula, eles emitem uma luz específica ativando circuitos genéticos nas bactérias. Estas respondem produzindo proteínas terapêuticas anti-inflamatórias, oferecendo tratamento controlado remotamente para sintomas de colite em tempo real.

Implicações futuras da integração bidirecional com micróbios terapêuticos

Demonstrado por enquanto em modelos suínos, o sistema utiliza design de circuito fechado com feedback contínuo, integrando diagnóstico e tratamento. A comunicação bidirecional permite controle temporal e espacial que reduz drasticamente os efeitos colaterais sistêmicos dos anti-inflamatórios convencionais.

Altamente sofisticada, a cápsula optoeletrônica resiste às condições extremas do trato gastrointestinal: acidez, enzimas e movimentos peristálticos. Para garantir o funcionamento seguro dos sensores ópticos e comunicação wireless prolongada, os pesquisadores otimizaram o dispositivo e usaram materiais biocompatíveis.

Para conseguir operar a E. coli Nissle 1917, os autores ajustaram os circuitos genéticos para expressar proteínas terapêuticas apenas mediante sinais luminosos. As atividades bacterianas não intencionais foram minimizadas para garantir uma medicina personalizada baseada em dados fisiológicos em tempo real.

Após demonstrar que a tecnologia funciona na prática, o sistema experimental pretende revolucionar o tratamento de diversos distúrbios gastrointestinais, como doença inflamatória intestinal, síndrome do intestino irritável e outras infecções que possam se beneficiar da integração entre dispositivos eletrônicos adaptáveis e tecnologias portáteis.

Essa integração abre caminho para um futuro em que microrganismos invisíveis no corpo possam detectar sinais de doenças e ativar tratamentos de forma controlada e à distância — tornando os cuidados de saúde mais proativos, personalizados e eficientes.