"winziges lab", das unter der haut implantiert wird, überträgt die blutspitzenstufen



Wissenschaftler in der Schweiz haben ein "kleines Labor" auf einem Chip entwickelt, das bei einer Implantation unter der Haut bis zu fünf Stoffe im Blut aufspüren und die Ergebnisse drahtlos an ein Smartphone oder ein anderes Empfangsgerät in einem "Telemedizin" -Netzwerk übertragen kann. Sie schlagen vor, dass das Gerät in vier Jahren für den Markt bereit sein könnte und viele potenzielle Verwendungen hat, wie zB Ärzte bei Patienten, die sich einer Chemotherapie unterziehen.

Andere Teams haben ähnliche implantierbare Geräte entwickelt, aber das Team von Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) sagt, dass sie die erste sind, um mehrere Blutmarkierungen gleichzeitig zu überwachen.

Teamleiter Giovanni de Micheli und Sandro Carrara sagen, dass sie noch mit dem Prototypengerät experimentieren, aber es kann zuverlässig mehrere häufig verfolgte Substanzen erkennen.

Implantat und Hautflecken

Das Gerät besteht aus zwei Teilen: dem "kleinen Labor", das unter der Haut implantiert ist und ein "intelligentes Pflaster", das in der Nähe des Implantats auf der Außenseite der Haut sitzt.

Das Implantat misst 14 mm mal 2 mm und enthält fünf nanoskalige Sensoren, die die Erkennung durchführen. Es wird in das interstitielle Gewebe gerade unter der Haut des Bauches, oder Arme oder Beine, mit einer Nadel eingefügt.

Der intelligente Patch ist etwa die Größe einer Kreditkarte und macht zwei Dinge: Es liefert 1/10 Watt Leistung an das Implantat über Induktion durch die Haut (also keine Notwendigkeit für Chirurgie, wenn Batterien ersetzen müssen), und es erhält auch Daten über Radiowellen aus dem Implantat, die es verarbeitet und dann über Bluetooth überträgt.

Das Team hat bereits das Gerät für fünf verschiedene Substanzen getestet und es ist so zuverlässig, sie als traditionelle Blutuntersuchungen zu messen.

Design-Herausforderung mit vielen Disziplinen

Das Projekt zur Entwicklung des Gerätes ist Teil der Schweizer Nano-Tera-Initiative, die Forscher aus verschiedenen Umwelt- und Fachdisziplinen zusammenbringen will. Das Team, das diesen Prototyp entwickelt hat, umfasst Experten in Elektronik, Informatik, Biologie und Medizin.

Ein wesentliches Merkmal der Gerätetechnik sind die Nanosensoren. Große Sorge wurde in ihrer Entwicklung genommen, sagen die Wissenschaftler.

Die Oberfläche jedes Sensors wird mit einem Enzym beschichtet, das die Zielverbindung, z. B. Lactat, Glucose oder ATP, einfängt.

De Micheli sagt:

"Potenziell konnten wir fast alles erkennen, aber die Enzyme haben eine begrenzte Lebensdauer, und wir müssen sie so lange wie möglich entwerfen."

Gegenwärtig dauern die Enzyme für ca. 6 Wochen, was für viele Anwendungen lang genug ist, sagt De Micheli. Außerdem, weil das Implantat so klein ist, ist es nicht schwer zu entfernen und es durch ein neues zu ersetzen.

Eine weitere Herausforderung für das Design war die Elektronik, vor allem die kleine elektrische Spule, die induktive Leistung aus dem Patch erhält.

"Es war nicht leicht, ein solches System zu bekommen, um nur ein Zehntel eines Wattes zu arbeiten", sagt De Micheli.

Er und seine Kollegen hoffen, dass das Gerät innerhalb von 4 Jahren im Handel erhältlich ist.

Mögliche Anwendungen beinhalten eine personalisierte Chemotherapie

Die Wissenschaftler glauben, dass das Gerät hilft Ärzte bieten mehr persönliche Betreuung für ihre Patienten als herkömmliche Blutuntersuchungen bieten können.

Sie werden in der Lage sein, Patienten kontinuierlich zu überwachen, ein großer Vorteil bei der Behandlung von Patienten mit chronischer Krankheit oder einer Chemotherapie, zum Beispiel.

Gegenwärtig überwachen Onkologen den Fortschritt der Krebspatienten und die Toleranz gegenüber der Dosierung während der Chemotherapie mit regelmäßigen Blutuntersuchungen.

De Micheli erwartet, dass das Gerät ihnen hilft, die optimale Dosis viel leichter zu verabreichen.

"Es ermöglicht eine direkte und kontinuierliche Überwachung auf der Grundlage der individuellen Toleranz eines Patienten und nicht auf Alters- und Gewichtsdiagrammen oder wöchentlichen Blutuntersuchungen", erklärt er.

Ein weiterer potentieller Einsatz für das Implantat ist, wo die Überwachung von Substanzen im Körper die Notwendigkeit von Eingriffen oder Medikamenten vorwegnehmen kann, die Warnungen aussenden, wenn die Niveaus einen kritischen Punkt erreichen.

In einem Videointerview gibt Carrara das Beispiel, wie einige Stunden vor einem Herzereignis wie ein Herzinfarkt, Metaboliten in den Blutkreislauf freigegeben werden. Das Gerät könnte vorbereitet werden, um diese Metaboliten zu erkennen und eine Warnung auszusenden.

Eine weitere potenzielle Anwendung hilft Diabetikern halten ihre Blutzucker unter Kontrolle.

Die Forschungsergebnisse werden am 20. März auf der Tagung Design, Automation und Test in Europe (DATE 13) vorgestellt.

Ein weiteres Beispiel für den Umstieg auf eine personalisierte Chemotherapie wurde vor kurzem von britischen Wissenschaftlern vorgestellt, die eine Blutprobe vorschlagen, die Fragmente von DNA-Schuppen durch Sterben von Tumorzellen abspielen könnte eines Tages verwendet werden, um zu überwachen, wie gut Patienten auf Krebsbehandlung reagieren.

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