ابتكار مستشعرات رخيصة قابلة للارتداء لمراقبة المؤشرات الصحية

كشفت دراسة حديثة أن فريقاً من مهندسي معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا “كالتيك” طوَّر تقنية جديدة لطباعة مصفوفات من الجسيمات النانوية الخاصة باستخدام طابعات نافثة للحبر، مما يتيح الإنتاج الضخم لأجهزة استشعار رخيصة قابلة للارتداء لتحليل العَرَق.

ويمكن لهذه الأجهزة مراقبة مجموعة واسعة من المؤشرات الحيوية، مثل الفيتامينات، والهرمونات، والمواد الأيضية، والأدوية، بشكل فوري ومستمر، مما يوفر للمرضى وأطبائهم القدرة على تتبع التغيّرات في مستويات هذه الجزيئات بمرور الوقت.

وتعتمد التقنية على جسيمات نانوية ذات بنية خاصة، تُعرف باسم “الجسيمات النانوية ذات النواة والقشرة”، ويتم تصنيع هذه الجسيمات بطريقة رخيصة عن طريق احتجاز الجزيئات المستهدفة، مثل فيتامين سي، داخل هياكل بوليمرية.

بعد ذلك، يتم إزالة الجزيئات المستهدفة باستخدام مذيب، تاركة وراءها قشرة بوليمرية تحتوي على ثقوب تتطابق تماماً مع شكل الجزيئات المستهدفة، مما يعطيها خاصية انتقائية عالية.

وعندما تتلامس الجزيئات المستهدفة مع هذه الثقوب، فإنها تمنع السوائل الجسدية من الوصول إلى النواة المعدنية للجسيمات النانوية، مما يؤدي إلى تغيير في الإشارة الكهربائية وتكشف قوة هذه الإشارة عن كمية الجزيئات المستهدفة الموجودة في العرق، أو السوائل الجسدية.

استخدام ناجح

كما تم استخدام هذه الأجهزة بنجاح في مراقبة المرضى الذين يعانون من أعراض “فيروس كورونا طويلة الأمد”، إذ تم تتبع مستويات الفيتامينات، والأحماض الأمينية، والمواد الأيضية.

كما تم استخدامها لمراقبة مستويات أدوية العلاج الكيميائي لدى مرضى السرطان في مركز “سيتي أوف هوب” في كاليفورنيا.

وقال المؤلف الرئيسي للدراسة، وي جاو، أستاذ الهندسة الطبية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا: “هذه مجرد أمثلة على ما يمكن تحقيقه. هناك العديد من الحالات المزمنة، والعلامات الحيوية التي يمكننا الآن مراقبتها بشكل مستمر، وبطريقة غير جراحية”.

مرونة عالية

تتميز هذه الجسيمات النانوية بمرونتها العالية، حيث يمكن استخدامها لطباعة أجهزة استشعار تقيس مستويات عدة جزيئات في وقتٍ واحد، مثل الأحماض الأمينية والهرمونات والأدوية.

على سبيل المثال، في الدراسة المنشورة في مجلة “نيتشر ماتريالز” Nature Materials تم طباعة أجهزة استشعار تقيس فيتامين سي، والتريبتوفان، والكرياتينين -مؤشر على صحة الكلى- في جهاز واحد.

كما تم تطوير أجهزة استشعار لمراقبة 3 أدوية مضادة للأورام بشكل منفصل، وتم اختبارها على مرضى السرطان.

وأضاف جاو أن الفريق البحثي أظهر إمكانية مراقبة مستويات أدوية السرطان في الجسم عن بُعد، مما يمهّد الطريق لتخصيص جرعات الأدوية ليس فقط للسرطان، ولكن للعديد من الحالات الأخرى.

وأظهر الفريق أيضاً إمكانية استخدام هذه الجسيمات النانوية لطباعة أجهزة استشعار يمكن زرعها تحت الجلد لمراقبة مستويات الأدوية في الجسم بدقة عالية.

وتفتح هذه التكنولوجيا آفاقاً جديدة في مجال الطب الشخصي، حيث يمكن للأطباء تعديل جرعات الأدوية بناء على البيانات الفورية التي توفرها هذه الأجهزة.