Noul dispozitiv purtabil măsoară dimensiunea în schimbare a tumorilor sub piele

[ad_1]

Inginerii de la Universitatea Stanford au creat un dispozitiv mic, autonom, cu un senzor elastic și flexibil, care poate fi lipit de piele pentru a măsura dimensiunea în schimbare a tumorilor de dedesubt. Dispozitivul neinvaziv, care funcționează cu baterie, este sensibil la sutimi de milimetru (10 micrometri) și poate transmite rezultatele unei aplicații wireless pentru smartphone în timp real, prin apăsarea unui buton.

Sistemul FAST măsoară regresia mărimii tumorii și este o nouă modalitate de a testa eficacitatea medicamentelor anti-cancer. (Credit imagine: Alex Abramson, Bao Group, Universitatea Stanford)

Concret, potrivit cercetătorilor, dispozitivul lor – numit FAST pentru „Flexible Autonomous Sensor Measuring Tumors” – reprezintă un mijloc complet nou, rapid, ieftin, fără mâini și precis de testare a eficacității medicamentelor anticancer. La o scară mai mare, acest lucru ar putea duce la noi direcții promițătoare în tratamentul cancerului. FAST este detaliat într-un articol publicat pe 16 septembrie în Progrese științifice.

În fiecare an, cercetătorii testează mii de potențiale medicamente pentru cancer pe șoareci cu tumori subcutanate. Puțini dintre aceștia ajung la pacienții umani, iar procesul de găsire a unor noi terapii este lent, deoarece tehnologiile de măsurare a regresiei tumorale de la tratamentul medicamentos durează săptămâni pentru a citi un răspuns. Variația biologică inerentă a tumorilor, deficiențele abordărilor de măsurare existente și dimensiunile relativ mici ale eșantioanelor fac ca screening-urile de medicamente să fie dificile și necesită o forță de muncă intensivă.

„În unele cazuri, tumorile sub observație trebuie măsurate manual cu șublere”, spune Alex Abramson, primul autor al studiului și recent coleg postdoctoral în laboratorul lui Zhenan Bao, profesor KK Lee de inginerie chimică la Școala de Inginerie Stanford.

Utilizarea șublerelor metalice asemănătoare penselor pentru măsurarea țesuturilor moi nu este ideală, iar abordările radiologice nu pot oferi tipul de date continue necesare pentru evaluarea în timp real. FAST poate detecta modificări ale volumului tumorii pe o scară de minute, în timp ce măsurătorile de grosime și bioluminiscență necesită adesea perioade de observare de câteva săptămâni pentru a citi modificările dimensiunii tumorii.

Puterea aurului

Senzorul FAST este fabricat dintr-un polimer moale, elastic, asemănător pielii, care include un strat încorporat de circuite de aur. Acest senzor este conectat la un mic rucsac electronic conceput de foști post-doctoranzi și coautori Yasser Khan și Naoji Matsuhisa. Aparatul măsoară presiunea exercitată asupra membranei – cât de mult se întinde sau se micșorează – și transmite aceste date către un smartphone. Folosind rucsacul FAST, potențialele terapii legate de regresia mărimii tumorii pot fi eliminate rapid și cu încredere ca fiind ineficiente sau accelerate pentru studii suplimentare.

Pe baza studiilor efectuate pe șoareci, cercetătorii spun că noul dispozitiv oferă cel puțin trei progrese semnificative. În primul rând, oferă monitorizare continuă, deoarece senzorul este conectat fizic la mouse și rămâne pe loc pe toată perioada experimentală. În al doilea rând, senzorul flexibil învelește tumora și, prin urmare, este capabil să măsoare modificările de formă care sunt greu de discernător cu alte metode. În al treilea rând, FAST este atât autonom, cât și non-invaziv. Este conectat la piele – la fel ca un bandaj adeziv – alimentat de la baterie și conectat fără fir. Mouse-ul este liber să se miște nestingherit de dispozitiv sau fire, iar oamenii de știință nu trebuie să manipuleze activ șoarecii după plasarea senzorului. Pachetele FAST sunt, de asemenea, reutilizabile, costă doar aproximativ 60 USD pentru asamblare și pot fi atașate la mouse în câteva minute.

Senzorul FAST este fabricat dintr-un polimer moale, elastic, asemănător pielii, care include un strat încorporat de circuite de aur. (Credit imagine: Alex Abramson, Bao Group, Universitatea Stanford)

Descoperirea constă în hardware-ul electronic flexibil FAST. Un strat de aur acoperă partea superioară a polimerului asemănător pielii și, atunci când este întins, dezvoltă mici fisuri care modifică conductivitatea electrică a materialului. Întindeți materialul și crește numărul de fisuri, ceea ce duce și la o creștere a rezistenței electronice a senzorului. Când materialul se contractă, fisurile revin în contact și conductivitatea se îmbunătățește.

Abramson și co-autorul Matsuhisa, profesor asociat la Universitatea din Tokyo, au explicat modul în care aceste propagari de fisuri și modificări exponențiale ale conductivității pot fi comparate matematic cu schimbările de dimensiune și volum.

Un obstacol pe care au trebuit să-l depășească cercetătorii a fost teama că senzorul în sine ar compromite măsurătorile prin aplicarea unei presiuni excesive asupra tumorii, strângând-o eficient. Pentru a evita acest risc, au adaptat cu atenție proprietățile mecanice ale materialului flexibil cu pielea în sine, pentru a face senzorul la fel de moale și flexibil ca pielea reală.

„Este un design înșelător de simplu”, spune Abramson, „dar aceste beneficii inerente ar trebui să fie de mare interes pentru comunitățile farmaceutice și oncologice”. FAST ar putea accelera, automatiza și reduce dramatic costul procesului de screening al terapiei cancerului.

Alex Abramson este acum profesor asistent de inginerie chimică și biomoleculară la Institutul de Tehnologie din Georgia; Yasser Khan este profesor asistent la Departamentul de Inginerie Electrică și Calculatoare Ming Hsieh de la Universitatea din California de Sud; iar Naoji Matsuhisa este profesor asociat la Departamentul de Informatică și Electronică, Institutul de Științe Industriale, Universitatea din Tokyo. Co-autori suplimentari de la Stanford sunt Carmel T. Chan, fost director stiintific; studentă Alana Mermin-Bunnell; Robyn Fong, profesor de cercetare in stiintele vietii in cadrul Departamentului de Chirurgie Cardiotoracica; Rohan Shad, fost bursier postdoctoral la Facultatea de Medicină; William Hiesinger, profesor asistent de chirurgie cardiotoracică; și Parag Mallick, profesor asociat de radiologie. Zhenan Bao este, de asemenea, membru al Stanford Bio-X, Stanford Cardiovascular Institute și Wu Tsai Human Performance Alliance. Hiesinger și Mallick sunt, de asemenea, membri ai Stanford Bio-X și ai Institutului Cardiovascular.

Cercetarea a fost finanțată parțial de National Institutes of Health și Stanford Wearable Electronics Initiative (eWEAR).

The Premiul eWEAR-TCCI pentru scriere științifică este un proiect comandat de Wearable Electronics Initiative (eWEAR) de la Universitatea Stanford și făcut posibil cu finanțare de la Shanda Group, membru al programului de afiliere al industriei eWEAR și Institutul Tianqiao și Chrissy Chen (TCCI®).

Add Comment