O nouă sondă de fibră permite monitorizarea în timp real a biomarkerilor esențiali
O echipă de cercetători de la Universitatea din Texas din Austin a dezvoltat o sondă de fibră care aduce două inovații majore în monitorizarea sănătății, având potențialul de a ajuta pacienții din întreaga lume și clinicianii care îi îngrijesc.
Sonda poate urmări simultan trei biomarkeri esențiali, facilitând astfel monitorizarea pacienților într-un mod rapid și minim invaziv. Aceasta este, de asemenea, cea mai mică sondă de acest tip, având un diametru de doar 1,1 milimetri.
„Monitorizarea în timp real a biomarkerilor precum glucoza, lactatul și etanolul este esențială pentru înțelegerea sănătății metabolice și pentru îndrumarea deciziilor terapeutice în situații de urgență”, a declarat Tanya Hutter, profesor în cadrul Școlii de Inginerie Cockrell, Departamentul de Inginerie Mecanică, și autor principal al noilor cercetări publicate în Nature Communications. „Sonda noastră compactă oferă o soluție unică pentru a măsura aceste substanțe simultan, oferind o imagine mai completă a stării metabolice.”
Monitorizarea glucozei este crucială pentru gestionarea diabetului, în timp ce nivelurile de lactat pot indica sepsis sau hipoxie tisulară. De asemenea, monitorizarea etanolului este esențială în cazurile de intoxicație alcoolică, tratamentul dependenței și leziunile hepatice sau cerebrale legate de alcool.
Aceste trei molecule sunt importante și pentru evaluarea sănătății generale, a condiției fizice și a stresului fiziologic. Concentrațiile lor oferă informații despre utilizarea energiei, performanța fizică și stresul general. Monitorizarea continuă sau la punctul de îngrijire a glucozei, lactatului și etanolului poate sprijini, prin urmare, diagnosticul precoce, ghidarea intervențiilor clinice și posibilitatea de a personaliza monitorizarea bunăstării atât în medii medicale, cât și în viața de zi cu zi.
În mod tradițional, acești biomarkeri sunt măsurați separat, folosind diferite dispozitive, ceea ce poate fi consumator de timp, invaziv și costisitor. Spre deosebire de microdializă, o metodă comună pentru măsurarea in vivo a moleculelor mici, care necesită colectarea de probe de fluid pentru analiză, sonda de fibră monitorizează biomarkerii direct în țesut, oferind rezultate în timp real, continuu.
În cazul unui pacient care suferă de o leziune traumatică severă a creierului, o sondă de microdializă este introdusă în creier pentru a monitoriza modificările chimice care ghidează managementul clinic. Totuși, această metodă este extrem de laborioasă și oferă informații întârziate, deoarece probele trebuie colectate, procesate și analizate offline. Această întârziere limitează capacitatea clinicianilor de a reacționa rapid la crizele metabolice în evoluție, subliniind necesitatea unor tehnologii de detectare continuă și în timp real care pot oferi informații imediate despre chimia cerebrală. „Într-o unitate de terapie intensivă, unde fiecare secundă contează, ei au nevoie de aceste informații rapid,” a spus Hutter.
Sonda de fibră din infraroșu mediu este concepută cu două fibre optice din halogeni de argint, înfășurate într-un tub durabil din polieteretercetona (PEEK), înconjurat de o membrană semipermeabilă. O fibră are un vârf unghiular pentru a livra și colecta lumină, în timp ce cealaltă este acoperită cu aur pentru a acționa ca o oglindă.
Membrana împiedică contactul direct între regiunea de detecție și țesut, sporind biocompatibilitatea și reducând interferențele din compuși mari, cum ar fi proteinele.
Sonda este conectată la un laser cu cascade cuantice (QCL) pentru a furniza lumină în infraroșu mediu, care interacționează cu moleculele din țesut.
Fiecare moleculă absoarbe lumină la lungimi de undă specifice, creând o semnătură spectrală unică, iar gradul de absorbție a luminii este proporțional cu concentrația sa, permițând cuantificarea. Sonda nu reacționează sau nu alterează moleculele; pur și simplu măsoară răspunsul acestora la lumină.
„Spre deosebire de microdializă, aceasta nu perturbă mediul local al țesutului, astfel încât este mai reprezentativă pentru ceea ce se întâmplă efectiv în țesut,” a afirmat Tse-Ang Lee, student la doctorat în laboratorul lui Hutter și coautor al noii lucrări.
Această cercetare, finanțată de Institutul Național pentru Abuzul de Alcool și Alcoolism (NIAAA), s-a concentrat pe dezvoltarea tehnologiei pentru măsurarea continuă a alcoolului in vivo, dar își are originile în cariera lui Hutter de mai bine de un deceniu. În timpul studiilor sale pentru obținerea doctoratului la Universitatea din Cambridge, Marea Britanie, Hutter a fost abordată de medici care doreau să îmbunătățească îngrijirea pacienților cu leziuni traumatice ale creierului. Scopul său în această cercetare este de a accelera măsurarea biomarkerilor importanți și de a face procesul mai puțin invaziv pentru organism în ansamblu.
Dispozitivul este destinat utilizării de către clinicieni în spitale și alte medii medicale, dar tehnologia are și potențialul de a fi adaptată într-un dispozitiv purtabil pentru monitorizarea sănătății. Universitatea a depus o cerere de patent, care poate fi licențiată unui partener industrial adecvat.
