Design of an automated ingestible gastrointestinal sampling device

Abstract

An ingestible, electromechanical capsule was designed to collect physical samples from the lumen of the human gastrointestinal tract with the aims of being able to better localize the source of gastrointestinal ailments, explore the microbiome, and monitor metabolic processes. A complete prototype was developed encompassing hardware, custom electronics, firmware and a novel sampling mechanism leveraging the cylindrical shape of the device. The prototype was assessed for its ability to collect samples and maintain their integrity; withstand the environmental conditions and forces associated with normal clinical use; and for its ability to transit safely through the gastrointestinal (GI) tract. The device was able to collect heterogeneous samples from an ex-vivo porcine intestine and maintain average sample cross-contamination of 7.58% over a 12 hour period at 37°C. The device was demonstrated to be an effective and non-invasive means to study the physiology of the GI tract and serve as a platform for further development in personalized medicine, drug delivery and GI intervention.Une capsule électromécanique ingérable a été conçue pour recueillir des échantillons physiques du tractus gastro-intestinal humain dans le but de mieux localiser la source des malaises gastro-intestinaux, d'explorer le microbiome et de surveiller les processus métaboliques. Un prototype complet a été développé incluant matériel, électronique sur mesure, logiciel et un mécanisme d'échantillonnage novateur tirant parti de la forme cylindrique de l'appareil. Des tests ont été effectués afin d'évaluer la capacité du prototype à prélever des échantillons et maintenir leur intégrité, supporter les conditions environnementales et les forces associées à l'utilisation clinique normale, et transiter en toute sécurité à travers le tractus gastro-intestinal. La contamination croisée a été plafonnée à 7.58% sur une période de 12 heures à 37 ° C. Et l'appareil était capable de prélever des échantillons hétérogènes. Il a été démontré que ce dispositif est un moyen efficace et non-invasif pour étudier la physiologie du tractus gastro-intestinal et servir de plate-forme pour le développement futur de la médecine personnalisée, l'administration de médicaments et d'intervention GI