Tim inženjera sa Univerziteta Kalifornije u San Dijegu razvio je elektronski flaster koji može da prati biomolekule u dubokim tkivima, uključujući hemoglobin. Ovo pruža medicinskim stručnjacima pristup bez presedana ključnim informacijama koje bi mogle da pomognu u otkrivanju stanja opasnih po život kao što su maligni tumori, disfunkcija organa, cerebralna ili crevna krvarenja i još mnogo toga.
„Količina i lokacija hemoglobina u telu daju kritične informacije o perfuziji ili akumulaciji krvi na određenim lokacijama. Naš uređaj pokazuje veliki potencijal u pažljivom praćenju visokorizičnih grupa, omogućavajući pravovremene intervencije u hitnim trenucima“, rekao je Šeng Ksu, profesor nanoinženjeringa na UC San Diego i odgovarajući autor studije.
Rad, „Fotoakustični flaster za trodimenzionalno snimanje hemoglobina i jezgrene temperature“, objavljen je u izdanju časopisa Nature Communications od 15. decembra 2022.
Niska perfuzija krvi u telu može izazvati ozbiljne disfunkcije organa i povezana je sa nizom bolesti, uključujući srčani udar i vaskularna oboljenja ekstremiteta. U isto vreme, abnormalna akumulacija krvi u oblastima kao što su mozak, stomak ili ciste mogu ukazivati na cerebralno ili visceralno krvarenje ili maligne tumore. Kontinuirano praćenje može pomoći u dijagnozi ovih stanja i pomoći u olakšavanju blagovremenih intervencija koje bi mogle spasiti život.
Novi senzor prevazilazi neka značajna ograničenja u postojećim metodama praćenja biomolekula. Magnetna rezonanca (MRI) i rendgenska kompjuterizovana tomografija oslanjaju se na glomaznu opremu koju je teško nabaviti i obično daju samo informacije o trenutnom statusu molekula, što ih čini neprikladnim za dugotrajno praćenje biomolekula.
„Kontinuirano praćenje je ključno za pravovremene intervencije kako bi se sprečilo brzo pogoršanje stanja opasnih po život“, rekao je Ksiangjun Chen, doktor nanoinženjeringa. student u grupi Ksu i koautor studije. „Nosivi uređaji zasnovani na elektrohemiji za detekciju biomolekula, ne ograničavajući se na hemoglobin, dobri su kandidati za dugoročne aplikacije za praćenje koje se nosi. Međutim, postojeće tehnologije postižu samo sposobnost detekcije površine kože.“
Novi, fleksibilni, nosivi flaster niskog oblika udobno se pričvršćuje na kožu, omogućavajući neinvazivno dugoročno praćenje. Može da izvrši trodimenzionalno mapiranje hemoglobina sa submilimetarskom prostornom rezolucijom u dubokim tkivima, do centimetara ispod kože, u poređenju sa drugim nosivim elektrohemijskim uređajima koji samo osećaju biomolekule na površini kože. Može postići visok kontrast u odnosu na druga tkiva. Zbog svoje optičke selektivnosti, može da proširi opseg detektabilnih molekula, integrišući različite laserske diode sa različitim talasnim dužinama, zajedno sa svojim potencijalnim kliničkim primenama.
Zakrpa je opremljena nizovima laserskih dioda i piezoelektričnih pretvarača u svojoj mekanoj silikonskoj polimernoj matrici. Laserske diode emituju pulsne lasere u tkiva. Biomolekuli u tkivu apsorbuju optičku energiju i zrače akustične talase u okolne medije.
„Pijezoelektrični pretvarači primaju akustične talase, koji se obrađuju u električnom sistemu da bi se rekonstruisalo prostorno mapiranje biomolekula koji emituju talase“, rekao je Ksiaokiang Gao, postdoktorski istraživač u Ksuovoj laboratoriji i koautor studije.
„Sa svojim laserskim impulsima male snage, takođe je mnogo sigurniji od rendgenskih tehnika koje imaju jonizujuće zračenje“, rekao je Hongjie Hu, postdoktorski istraživač u grupi Ksu i koautor studije.
Na osnovu svog dosadašnjeg uspeha, tim planira dalji razvoj uređaja, uključujući smanjenje pozadinskog kontrolnog sistema na uređaj prenosive veličine za pokretanje laserske diode i prikupljanje podataka, uveliko proširujući njegovu fleksibilnost i potencijalnu kliničku korisnost.
Takođe planiraju da istraže potencijal nosivog uređaja za praćenje temperature jezgra. „Pošto je amplituda fotoakustičnog signala proporcionalna temperaturi, demonstrirali smo praćenje temperature jezgre na eks-vivo eksperimentima“, rekao je Ksu. „Međutim, validacija praćenja temperature jezgre na ljudskom telu zahteva interventnu kalibraciju.“
Oni nastavljaju da sarađuju sa lekarima kako bi ostvarili više potencijalnih kliničkih primena.
