ヒトの腸は、長さ30フィート（約9m）のブラックボックスだ（実際はボックスというより「チューブ」だが）。医師はこの数十年、暗くぬるぬるした消化管の内部という未踏の地を調査するため、両方の端からカメラやスコープを送り込み、何リットルもの造影剤を飲ませてきた。
しかしそんな暗黒時代も、まもなく終わりを告げるかもしれない。カプセルサイズの電子機器を飲み込むと、体内のデータを採取してスマートフォンに送信する「経口摂取型のセンサー」の製品化が始まっているのだ。
いまのところ、できることは多くない。測定できるものといえば、pH、温度、内圧、それに患者が服薬を忘れていないかどうかくらいのものだ。しかし研究者は現在、医療にかかわる多種多様な分子を検出できる、まったく新しいセンサー技術の開発にあたっている。
例えば、遺伝子操作で光を発するようにした無数の細菌を単4電池サイズのカプセルに詰め込み、消化管出血を診断するセンサーだ。マサチューセッツ工科大学（MIT）のティモシー・ルーが率いるこの研究は、2018年5月25日付で『Science』誌に掲載された。
いまは飲み込むのに「勇気が必要」だが…
細菌は、顕微鏡でしか見えないサイズのセンサーだ。一般的な乳酸菌で、牛乳をチーズに変える人類の友である「乳酸連鎖球菌（ラクトコッカス・ラクティス）」を例にとってみよう。
この乳酸菌の周囲にヘムがあることで、牛乳をチーズに変える「凝乳」の形成が促進される。ヘムは鉄を含む分子で、血中に酸素を運搬する役割を担う。大豆と遺伝子組み換え酵母から作成される合成肉の「[インポッシブル・バーガー](< /2018/01/11/the-impossible-burger/>)［日本語版記事］」の隠し味でもある。
一方で、多すぎるヘムは体にとって毒になる。 このためヘムの量を検知し、それに合わせて代謝のペースを切り替える遺伝的なスイッチが備わっている。
ルーのチームは、乳酸連鎖球菌の電源スイッチに相当するDNA配列に注目し、そこに生物を発光させる配列を付け足した。そして、できあがった遺伝的回路を、善玉菌として一般的に販売されている大腸菌の無害な株に組み込んだ。それからこの遺伝子組み換え細菌を、人体にとって無害なカプセルに詰めた。
カプセルの一部は半透過性の膜でできており、そこから内部に消化液を取り入れる構造になっている。内部には、極小電池で作動するワイヤレスの半導体も入っており、細菌とは透明な仕切りで隔てられている。
ルーのチームは、消化管出血を誘発させたマウスと、胃に血液を注入したブタを使って、試作品のカプセルをテストした。遺伝子組み換えの細菌は、ヘムに接触すると発光した。強烈な光ではないが、光トランジスターが反応するには十分だ。そして光トランジスターは、この情報をマイクロプロセッサーに送る。そこからシグナルはAndroidアプリに送信される。ちなみに、このアプリを開発したのは工学部の学生だ。
臨床試験に進む前に、ルーのチームは「装置を現在の3分の1のサイズまで小型化したい」と考えている。試作品は1.5インチ（約3.8cm）で、「飲み込むにはかなりの勇気が必要です」とルーは言う。
胃酸での発電が可能に
小型化のために、検出・処理・送信を担う電子部品をすべてひとつのチップに集約する予定だ。こうすれば、電池も小型化できるか、あるいはなくすことさえできる。現在のヴァージョンでは、13マイクロワットの電力が必要だ。これは論文の共著者のひとりであるフィリップ・ナドーが開発した、胃酸で発電する電池によって供給できる見込みという。
このようなイノヴェイションは、センシングテクノロジーの実現の鍵になるものだ。今回の研究には参加していないが、磁気駆動の結腸内視鏡検査ロボットを開発中である、リーズ大学のロボット工学者のピエトロ・ヴァルダストリは「この分野の最大のボトルネックは電力供給です」と語る。
「しかし、電池技術は急速に進化しています。生理指標を測定し、生体組織と相互作用させる医療用のワイヤレスカプセルロボットが、今後5年から10年のうちに登場する可能性があります」
とはいえ、当然ながらほかにもハードルはある。規制当局のお墨付きを得て、超小型の医療用ロボットへの保険適用を保険会社に認めさせることもそのひとつだ。
国のメディケア・メディケイド・サーヴィスセンター（CMS）は18年、デジタルヘルスデータ（飲み込んだセンサーから送信されるデータはまさにその一例だ）を利用して、患者が来院せず診断する場合の医療費請求を医師に認めたばかりだ。しかし、こういった医療行為はまだ保険適用外のことが多いため、医師は患者を怒らせることを恐れて利用を躊躇しがちだ。
FDAを変える業界の動向
この問題にいままさに取り組んでいるのが、カリフォルニアに拠点を置くヘルステクノロジー企業のProteus Digital Healthだ。同社は最近、服薬チェックアプリを販売するために米食品医薬品局（FDA）の認可を取得した。これは、統合失調症患者に抗精神病薬をきちんと服薬させるためのものだ。近い将来は、がんやHIV、肝炎の患者にも対象を拡大しようとしている。
同社がデヴァイスの臨床試験を開始したのは08年のことだが（当時はBlackberry端末にデータを送っていた！）、薬とセンサーという組み合わせはまったく前例のないものだった。このため何年にもわたって認可を得るために、どんなデータを提出すべきかをFDAと取り決め、すり合わせを重ねなければならなかった。
Proteusの共同創業者で、最高医療責任者でもあるジョージ・サヴェッジは「医療用デヴァイスは、状態の医学的な診断または治療という機能によって定義されます」と語る。「単に生体組織に接触して数値を送るだけのものを、FDAはどう扱っていいかわからなかったのです」
FDAはそれから大きく変わった。デジタルヘルス専門の部署が創設［日本語版記事］され、ソフトウェアや通信デヴァイスに向けて、より柔軟な規制の枠組みの策定を行っている。これにより、「経口摂取型センサー」の時代の到来が現実味を帯びてきた。
[がん細胞由来のDNAを検出](< /2018/06/11/crispr-to-diagnose/>)［日本語版記事］したり、腸内細菌が生み出すガスからマイクロバイオームの構成を分析したりといったさまざまなことが、ヴィタミン剤の摂取と同じくらい日常化するかもしれない。
「まだ信じられない」と言うなら、ひとつ教えよう。FDAは先日、Proteusに最初の製品のサンプルの送付を依頼した。これは審査のためではなく、FDA博物館への展示用だったのだ。
TEXT BY MEGAN MOLTENI
TRANSLATION BY TOMOYUKI MATOBA/GALILEO