Wala nang karayom ​​para sa mga pagsusuri sa diagnostic? Ang mga inhinyero ay bumubuo ng isang halos walang sakit na patch na may mga karayom

May-akda

Ang mga inhinyero sa McKelvey School of Engineering sa University of Washington sa St. Louis ay nakabuo ng isang microneedle patch na maaaring mailapat sa balat, kumuha ng isang kagiliw-giliw na biomarker mula sa interstitial fluid at, salamat sa walang uliran pagiging sensitibo, pinapayagan ang mga klinika na makita ang pagkakaroon nito. May-akda: Sisi Cao

Ang isang halos walang sakit na patch sa mga karayom ​​ay maaaring suriin para sa mga antibodies at higit pa sa likido sa pagitan ng mga cell.

Ang dugo sampling ay hindi masaya.

Nanakit sila. Ang mga ugat ay maaaring sumabog o kahit gumulong – na parang sinusubukan nilang maiwasan ang isang karayom.

Kadalasan ang mga doktor ay gumagamit ng mga sampol ng dugo upang suriin ang mga biomarker ng sakit: mga antibodies na nagpapahiwatig ng isang impeksyon sa viral o bakterya, tulad ng Malubhang talamak na respiratory syndrome-CoV-2, ang virus na responsable para sa COVID-19, o mga cytokine, na nagpapahiwatig ng pamamaga na nakikita sa mga sakit tulad ng rheumatoid arthritis at sepsis.

Gayunpaman, ang mga biomarker na ito ay hindi lamang nasa dugo. Maaari din silang matagpuan sa siksik na likido na kapaligiran na pumapaligid sa ating mga cell, ngunit sa kaunting halaga, na ginagawang mahirap makita ang mga ito.

Hanggang ngayon

Ang mga inhinyero sa McKelvey School of Engineering sa University of Washington sa St. Louis ay nakabuo ng isang microneedle patch na maaaring mailapat sa balat, kumuha ng isang kagiliw-giliw na biomarker at, salamat sa walang uliran nitong pagiging sensitibo, payagan ang mga klinika na makita ang pagkakaroon nito.

Ang teknolohiya ay hindi magastos, madaling gamitin ng mga klinika o pasyente mismo, at maaaring matanggal ang pangangailangan na maglakbay sa ospital para lamang sa sampling ng dugo.

Ang pag-aaral, na isinagawa sa laboratoryo ni Shrikant Singamaneni, Propesor Lillian at E. Lis Hughes ng Kagawaran ng Mekanikal na Teknikal at Materyal na Agham, ay nai-publish sa online noong Enero 22, 2021 sa journal Biomedical Engineering ng Kalikasan.

Bilang karagdagan sa mababang gastos at kadalian sa paggamit, ang mga microneedle patch na ito ay may isa pang kalamangan kaysa sa pagkuha ng dugo, marahil ang pinakamahalagang tampok para sa ilan: “Halos hindi sila masakit,” sabi ni Singamaneni.

Ang paghahanap ng isang biomarker gamit ang mga spot na ito sa mga karayom ​​ay katulad ng isang pagsusuri sa dugo. Ngunit sa halip na gamitin ang solusyon upang maghanap at mabilang ang isang biomarker sa dugo, direktang makuha ito ng microneedles mula sa likido na pumapaligid sa ating mga cell sa balat, na tinatawag na cutaneous interstitial fluid (ISF). Matapos makuha ang mga biomarker, nakita sila sa parehong paraan – gamit ang fluorescent upang ipahiwatig ang kanilang presensya at bilang.

Ang ISF ay isang mayamang mapagkukunan ng biomolecules, siksik na puspos ng lahat mula sa mga neurotransmitter hanggang sa basurang cellular. Gayunpaman, para sa pagtatasa ng mga biomarker sa ISF, karaniwang ginagamit ng maginoo na pamamaraan ang pagkuha ng ISF mula sa balat. Ang pamamaraang ito ay kumplikado, at karaniwang ang halaga ng ISF na maaaring makuha ay hindi sapat para sa pagtatasa. Ito ay naging pangunahing hadlang sa pag-unlad ng teknolohiyang biosensitivity na nakabatay sa karayom.

Ang isa pang pamamaraan ay nagsasangkot ng direktang pagkuha ng isang biomarker sa ISF nang hindi kinakailangan na kunin ang ISF. Habang ipinapakita mo ang isang puspos na gig at subukang umusad, ang biomarker ay dapat na maneuver sa pamamagitan ng masikip na pabagu-bagong ISF na sopas bago maabot ang mga microneedle sa mga tisyu ng balat. Sa ilalim ng naturang mga kundisyon, imposibleng makunan ng sapat na mga biomarker upang makita ang paggamit ng tradisyunal na pagsusuri ay hindi madali.

Ngunit ang koponan ay mayroong isang lihim na sandata ng mga uri: “plasmon fluoride,” isang ultra-bright fluorescent nanometer. Kung ikukumpara sa tradisyunal na mga fluorescent label, nang ang pagtatasa ay isinagawa sa isang patch na may mga karayom ​​na gumagamit ng plasmon fluorine, ang signal ng mga biomarker ng target na protina ay kumikinang ng humigit-kumulang na 1,400 beses na mas maliwanag at nagsimulang makita kahit na may pagkakaroon ng mababang konsentrasyon.

“Dati, ang konsentrasyon ng isang biomarker ay dapat na nasa pagkakasunud-sunod ng ilang micrograms bawat milliliter ng likido,” sabi ni Jayu (Ryan) Wang, isang nagtapos na mag-aaral sa lab ng Singamaneni at isa sa mga nangungunang may-akda ng artikulo. Ito ay higit pa sa lampas sa tunay na saklaw ng pisyolohikal. Ngunit gamit ang plasmon fluoride, nakita ng pangkat ng pagsasaliksik ang mga biomarker ng pagkakasunud-sunod ng mga picograms bawat milliliter.

“Ito ay mga order ng magnitude na mas mahahawakan,” sabi ni Wang.

Ang mga patch na ito ay may maraming mga katangian na maaaring magkaroon ng isang tunay na epekto sa gamot, pangangalaga ng pasyente at pagsasaliksik.

Pinapayagan nila ang mga tagabigay na subaybayan ang mga biomarker sa paglipas ng panahon, lalo na pagdating sa pag-unawa kung paano gumaganap ang kaligtasan sa sakit sa mga bagong sakit.

Halimbawa, ang mga mananaliksik na nagtatrabaho sa mga bakuna sa COVID-19 ay kailangang malaman kung ang mga tao ay gumagawa ng tamang mga antibodies at kung gaano katagal. “Mag-apply tayo ng isang patch,” sabi ni Singamaneni, “at tingnan kung ang isang tao ay may mga antibodies laban sa COVID-19 at sa anong antas.”

O sa isang emergency: “Kung ang isang tao ay nagreklamo ng sakit sa dibdib at dinala sa ospital ng ambulansya, inaasahan namin na ang isang band-aid ay maaaring mailapat kaagad,” sabi ni Jinji Luan, isang mag-aaral na nagtapos kamakailan sa paaralan. mula sa Singamaneni Laboratory at isa sa nangungunang may-akda ng artikulo. Sa halip na makapunta sa ospital at kumuha ng dugo, ang mga EMT ay maaaring gumamit ng isang microneedle patch upang subukan ang trapanin – isang biomarker na nagpapahiwatig ng isang myocardial infarction.

Para sa mga taong may mga malalang sakit na nangangailangan ng regular na pagsubaybay, maaaring alisin ng mga patch ng karayom ​​ang mga hindi kinakailangang paglalakbay sa ospital, makatipid ng pera, oras at kakulangan sa ginhawa – maraming kakulangan sa ginhawa.

Ang mga patch ay halos walang sakit. “Nagpupunta sila ng halos 400 microns sa malalim na tisyu ng balat,” sabi ni Singamaneni. “Hindi man nila nakakaapekto ang sensory nerves.”

Sa laboratoryo, ang paggamit ng teknolohiyang ito ay maaaring limitahan ang bilang ng mga hayop na kinakailangan para sa pagsasaliksik. Minsan ang pag-aaral ay nangangailangan ng maraming mga pagsukat sa isang hilera upang maitala ang paglubog at daloy ng mga biomarker – halimbawa, upang subaybayan ang pagbuo ng sepsis. Minsan nangangahulugan iyon ng maraming maliliit na hayop.

“Maaari naming mabawasan nang malaki ang bilang ng mga hayop na kinakailangan para sa naturang pagsasaliksik,” sabi ni Singamaneni.

Malawak ang mga implikasyon – at nais ng lab ng Singamaneni na tiyakin na lahat sila ay pinag-aralan.

Sinabi niya, “Kakailanganin nating kilalanin ang mga limitasyong pang-klinikal,” iyon ay, ang saklaw ng mga biomarker sa ISF na tumutugma sa normal at hindi normal na antas. “Kakailanganin nating matukoy kung aling mga antas ng biomarker ang normal, alin ang pathological.” At ang kanyang pangkat ng pagsasaliksik ay nagtatrabaho sa malayuan at mahirap na mga pamamaraan sa paghahatid, na nagbibigay ng mga pagkakataon upang mapabuti ang pangangalaga ng kalusugan sa mga probinsya.

“Ngunit hindi natin dapat gawin ang lahat sa ating sarili,” sabi ni Singamaneni. Sa halip, ang teknolohiya ay magagamit sa mga propesyonal sa iba’t ibang larangan ng gamot.

“Lumikha kami ng isang teknolohiya ng platform na maaaring magamit ng sinuman,” aniya. “At maaari nila itong gamitin upang makahanap ng kanilang sariling kagiliw-giliw na biomarker.”

Hindi natin kailangang gawin ang lahat sa ating sarili

Sina Syngomaneni at Erica L. Scheler, isang associate professor ng gamot sa Department of Bone and Mineral Diseases sa School of Medicine, ay nagtulungan upang pag-aralan ang konsentrasyon ng mga biomarker sa mga lokal na tisyu.

Ang mga modernong diskarte sa naturang pagtatasa ay nangangailangan ng paghihiwalay ng mga lokal na tisyu at huwag payagan ang pare-pareho at tuluy-tuloy na inspeksyon. Ang Syngomaneni at Scheler ay bumubuo ng pinakamahusay na platform upang makamit ang pangmatagalang kontrol sa mga lokal na konsentrasyon ng biomarker.

Nagtutulungan

Si Shrikant Singamaneni, Propesor Lillian E. Lis Hughes ng Kagawaran ng Mechanical Engineering and Materials Science, at si Jay S. Rudra, Associate Professor ng Biomedical Engineering, ay nagtulungan upang pag-aralan ang mga bakunang cocaine na humahadlang sa kakayahan ng cocaine na pumasok sa utak.

Ang mga kasalukuyang kandidato para sa naturang bakuna ay hindi nagbibigay ng pangmatagalang mga resulta; nangangailangan sila ng madalas na pagtaas. Sina Syngomaneni at Rudra ay nais ng isang mas mahusay na paraan upang matukoy kung ang mga epekto ng bakuna ay humina. “Ipinakita namin na maaari naming gamitin ang mga patch upang maunawaan kung ang isang tao ay gumagawa pa rin ng kinakailangang mga antibodies,” sabi ni Singamaneni. “Hindi na kailangang kumuha ng dugo.”

Sanggunian: “Microneedle patch para sa ultrasensitive dami ng mga biomarker ng protina sa interstitial fluid” ni Zhei Wang, Jinji Luan, Anushri Seth, Lin Liu, Minli Yu, Proshant Gupta, Pria Rati, Ishuang Wang, Gisheng Qiao Cao, Qingzhou Zhou, Jeremiah J. Morrissey, Erica L. Scheler, Jay S. Rudra at Shrikant Singamaneni, Enero 22, 2021, Biomedical Engineering ng Kalikasan.
DOI: 10.1038 / s41551-020-00672-y

Ang pag-aaral na ito ay suportado ng National Science Foundation (CBET-1900277) at ng National Institutes of Health (R01DE027098, R56DE027924, R01CA141521, R21DA036663, R21CA236652).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang fluorescent solar corrugated windows ay bumubuo ng enerhiya sa loob at labas

Ang mga inhinyero ng Rice University ay dinisenyo at itinayo ang mga window window na nagre-redirect ng sikat ng araw o ilaw mula sa...

Teen “Tyrants” – Carnivorous Dinosaur Offs spring – Ipaliwanag ang Kakulangan ng Pagkakaiba-iba ng Dinosaur?

Ipinapahiwatig ng bagong pananaliksik ang supling ng maraming mga karnivorous dinosaur, tulad ng Tyrannosaurus rex, na maaari ring hubugin ang kanilang mga komunidad sa...

Hindi Karaniwan na Mga Katutubong Australian Bees na Natagpuan Matapos ang 100 Taon

Ang bagong natuklasan na Pharohylaeus lactiferus (Colletidae: Hylaeinae). Kredito: James Dorey Photography Pagkasira ng mga kagubatan sa ulan, pagbawas ng mga wildfire. Ang isang laganap...

Ang Unang Video ng Daigdig ng Space-Time Crystal

Ang isang pana-panahong pattern ng mga magnon ay nangyayari sa temperatura ng kuwarto. Ang isang pangkat ng mga mananaliksik ay nagtagumpay sa paglikha ng isang...

Ang sinaunang ilog ng Delta ay minsang nagdadala ng likidong tubig sa ibabaw ng Mars

Eberselded Crete Delta: Ang sinaunang istraktura ng sinaunang ilog na Delta ay nagdala ng likidong tubig sa ibabaw ng Mars. Kredito: ESA /...

Newsletter

Subscribe to stay updated.